Схематическое изображение сценария возникновения МОМ. Источник: Природная астрономия (2024 г.).
Используя компьютерные модели, основанные на наблюдениях, международная группа исследователей под руководством Бернского университета нашла объяснение тому, как макромолекулы могут быстро образовываться в дисках газа и пыли вокруг молодых звезд. Эти результаты могут иметь решающее значение для понимания того, как обитаемость развивается вокруг различных типов экзопланет и звезд.
Органические макромолекулы считаются строительными блоками жизни, поскольку они имеют решающее значение для благоприятного для жизни состава углерода и азота на Земле.
Ученые-планетологи уже давно предполагали, что органические макромолекулы, которые делают Землю пригодной для жизни, происходят из так называемых хондритов. Хондриты — это каменные строительные блоки, из которых образовалась Земля около 4,6 миллиардов лет назад и которые мы теперь знаем как метеориты.
Хондриты образуются на ранних стадиях из скопления пыли и мелких частиц в протопланетном диске, который формируется вокруг молодой звезды. Однако до сих пор было неясно, как образовались макромолекулы, присутствующие в этих скоплениях кремнезема.
Исследователи под руководством Нильса Лигтеринка теперь представляют объяснение этому в исследовании, опубликованном в журнале Nature Astronomy.
Лигтеринк, первый автор исследования, до конца июня 2024 года работала на кафедре космических исследований и планетных наук Бернского университета, а сейчас является доцентом Технического университета в Делфте.
Пылевые ловушки и радиация как ключевые элементы
«Макромолекулярное вещество как таковое отвечает за углеродный и азотный состав Земли и создает предпосылки для жизни», — объясняет Лигтеринк. Однако до сих пор было неясно, откуда в космосе возникает эта макромолекулярная материя.
Для текущего исследования исследовательская группа, собранная Лигтеринком, объединила в своей модели два уже известных явления: с одной стороны, в пылевом диске, вращающемся вокруг молодой звезды, есть области, в которых накапливаются пыль и лед.
В такой пылевой или ледяной ловушке ледяная пыль не остается на месте, а движется вверх и вниз. Имеют место важные механизмы образования так называемых планетезималей, т. е. предшественников и строительных блоков планет.
Второе явление касается сильного облучения простых ледяных смесей, например, светом звезд. Лабораторные исследования показали, что облучение может производить очень сложные молекулы размером в сотни атомов. Эти молекулы состоят в основном из атомов углерода и их можно сравнить с черной сажей и графеном.
Исследователи подозревали, что если бы существовали пылевые ловушки, которые также подвергались воздействию интенсивного звездного света, там наверняка могли бы образоваться органические макромолекулы. Чтобы проверить свою гипотезу, исследователи создали модель, которая позволяла им рассчитывать различные условия.
Удивительно быстрое образование макромолекул.
Модель показала, что при правильных условиях образование макромолекул действительно возможно всего за несколько десятилетий. «Мы, конечно, ожидали такого результата, но было приятным сюрпризом, что он был настолько очевиден», — говорит ведущий исследователь Лигтеринк.
«Я надеюсь, что в будущем влияние сильной радиации на сложные химические процессы станет предметом более пристального внимания в исследованиях. Большинство исследователей сосредотачивают внимание на относительно небольших органических молекулах размером в несколько десятков атомов, в то время как хондриты, строительные блоки планет обычно содержат крупные макромолекулы».
«Это действительно здорово, что теперь мы можем использовать модель, основанную на наблюдениях, для объяснения того, как образуются большие молекулы», — говорит соавтор Нинке ван дер Марель из Лейденского университета в Нидерландах. Одиннадцать лет назад она и ее коллеги впервые убедительно продемонстрировали существование пылевых ловушек. С тех пор она была очарована этой темой.
«Наше исследование представляет собой уникальное сочетание астрохимии, наблюдений с помощью радиотелескопа-обсерватории ALMA, лабораторных работ, образования пыли и изучения метеоритов из нашей Солнечной системы».
В будущем исследователи хотят выяснить, как разные типы пылевых ловушек по-разному реагируют на радиацию и движущиеся потоки пыли. «Это поможет им узнать больше о вероятности существования жизни вокруг различных типов экзопланет и звезд», — заключает Лигтеринк.
Информация от: Бернским университетом
