Исследование на грани астрохимии выявляет загадку недостатка серы в космосе. Несмотря на то, что сера является одним из самых распространенных элементов во Вселенной, исследователи обнаружили значительное ее отсутствие в молекулярных облаках, где формируются звезды. Эта проблема, известная как «проблема с отсутствующей серой», интригует ученых на протяжении нескольких десятилетий. Последние достижения в компьютерном моделировании могут помочь раскрыть это удивительное явление.
ПРОБЛЕМА С НЕДОСТАТКОМ СЕРЫ
При исследовании рассеянного межзвездного облака ученые находят уровень серы, соответствующий ожидаемым значениям на основе звездного синтеза. Однако, когда внимание обращается на более плотные молекулярные облака, ожидается, что там будет значительно больше серы, но фактически около 99% элемента остается незамеченным. Основной гипотезой является то, что сера скрывается на крошечных льдистых частицах, что затрудняет ее обнаружение.
НОВЫЕ МОДЕЛИ И ИНТЕРАКЦИИ
Недавняя работа, проведенная в Институте экстратеррестриальной физики Макса Планка и Центре астробиологии, предлагает новый компьютерный модельный подход для изучения серной химии в межзвездных льдах. Модель, реализованная с использованием языка программирования Python в приложении pyRate, позволяет рассчитывать взаимодействия химических веществ, особенно в контексте льда и газовой фазы. Это первое успешное моделирование химии многокомпонентного межзвездного льда с использованием уравнений скорости.
В ходе симуляции команда сосредоточилась на реплике эксперимента 2024 года, где смесь углекислого газа (CO2) и углеродного дисульфида (CS2) охлаждалась до 10K и облучалась вакуумно-ультрафиолетовыми (VUV) фотонами. Эксперимент показал разложение молекул и создание новых соединений, таких как диоксид серы и углеродный сульфид. Однако, значительное количество серы «исчезло», вероятно, за счет образования длинных цепей серы, недоступных текущему оборудованию.
НОВЫЕ ОСОБЕННОСТИ И ОТКРЫТИЯ
Интересным открытием стало то, как молекулы перемещаются. Обычные допущения астрохимиков о тепловой диффузии не объяснили наблюдаемые реакции. Модели, включающие «недисперсионную химию», где атомы взаимодействуют со своими соседями сразу после отделения, оказались гораздо более успешными. Как показали результаты, VUV-фотоны могут проникать на глубину около 100 монослоев льда, что необходимо учитывать в будущих моделях.
Несмотря на успехи, между симуляцией и экспериментальными данными были выявлены расхождения. В экспериментах было обнаружено высокое содержание диоксида серы и аллотропов серы, тогда как модель предсказала минимальные уровни этих веществ. Тем не менее, дальнейший анализ инфракрасных спектров показал, что в экспериментальных данных могут присутствовать и другие молекулы, такие как углеродный моносульфид.
ПЕРСПЕКТИВЫ И БУДУЩИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
Эти расхождения дают возможность для улучшения текущего понимания межзвездной химии. Опираясь на полученные данные, ученые намерены доработать модели, чтобы лучше согласовать с лабораторными экспериментами. Это исследование открывает новые горизонты для будущих наблюдений, включая миссию James Webb Space Telescope, и приближает нас к разгадке загадки недостатка серы в космосе, несмотря на сложные монолисты льда, которые необходимо исследовать.
