Международная группа астрофизиков под руководством Арно Белоша из Института радиоастрономии Общества Макса Планка обнаружила в окрестностях молодой протозвезды IRAS4A2 полностью дейтерированный метанол. Это первый случай в истории наблюдательной астрономии, когда в межзвездном пространстве зафиксировали органическую молекулу, в которой сразу четыре атома водорода замещены тяжелым изотопом — дейтерием. Открытие ставит под сомнение современные астрохимические теории, поскольку реальная концентрация этого соединения превышает расчетные модельные показатели более чем в сто раз.
Изотопная аномалия в молекулярном облаке Персея
Объектом исследования стала протозвезда IRAS4A2 солнечного типа, расположенная примерно в тысяче световых лет от Земли в молекулярном облаке Персея. Наблюдения проводились в рамках крупной исследовательской программы COMPASS на комплексе радиотелескопов ALMA в чилийской пустыне Атакама. Этот радиоинтерферометр миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов обладает исключительной спектральной чувствительностью, позволяющей различать тончайшие сигнатуры сложных молекул в излучении протозвездных дисков.
Метанол считается одним из фундаментальных промежуточных звеньев в цепи реакций, ведущих к синтезу более сложных органических соединений, включая аминокислоты и сахара. Замещение атомов протия на дейтерий в молекуле спирта превращает ее в уникальный природный маркер. Дейтерирование происходит при экстремально низких температурах глубокого космоса, поэтому соотношение изотопов позволяет астрономам буквально считывать термодинамическую историю вещества задолго до того, как в протопланетном диске начнут формироваться первые твердые тела.
Фабрики органики на поверхности космической пыли
Появление подобных соединений невозможно объяснить реакциями в газовой фазе. Синтез тяжелого метанола разворачивается за миллионы лет до зажигания звезды, когда окружающая среда представляет собой плотное и холодное облако с температурой около десяти кельвинов. На поверхности микроскопических силикатных и углеродных пылинок намерзают водяные и углекислотные льды, образуя тончайшую матрицу.
Атомы углерода, кислорода и водорода медленно мигрируют по поверхности таких ледяных гранул, вступая в каталитические взаимодействия. Однако четырехкратное замещение водорода на дейтерий требует крайне специфических условий и до сих пор неизвестных механизмов туннелирования частиц или избирательного фракционирования. Когда формирующаяся протозвезда начинает согревать окружающее вещество тепловым излучением, ледяные оболочки пылинок сублимируют, выбрасывая накопленный химический арсенал в газовую оболочку, где его и фиксируют детекторы ALMA.
Анализ спектров IRAS4A2 выявил не только изолированные линии сверхтяжелого метанола, но и серию неидентифицированных пиков. Ученые предполагают, что за ними скрываются другие модификации дейтерированных спиртов с частично замещенными функциональными группами. Чтобы подтвердить эти предположения, исследовательская группа в настоящее время проводит прецизионные лабораторные спектроскопические эксперименты в земных вакуумных криокамерах.
Взгляд редакции SpaceDiscover
Обнаружение четырехкратно дейтерированного спирта разрушает прежнюю уверенность в полноте нашего понимания астрохимии ранних этапов звездообразования. Стократное расхождение между наблюдениями ALMA и компьютерными моделями ясно показывает, что в глубинах протозвездных колыбелей работают неизвестные поверхностные квантовые реакции, управляющие усложнением материи. Это приближает науку к разгадке фундаментального вопроса: насколько широко базовые кирпичики жизни распространены в протопланетных дисках еще до зарождения планет.
Не забудьте подписаться на наши каналы Дзен, Telegram и ВК.
Мы всегда рады видеть вас среди наших читателей и подписчиков SpaceDiscover!
