Углерод является строительным блоком всей жизни на Земле и составляет около 45-50% всей сухой биомассы. Когда он соединяется с такими элементами, как водород, он создает органические молекулы, известные как углеводороды. Когда он соединяется с водородом, кислородом, азотом и фосфором, образуются пиримидины и пурины, составляющие саму основу ДНК. Углеродный цикл, в котором атомы углерода постоянно перемещаются из атмосферы на Землю и обратно, также имеет решающее значение для долгосрочной устойчивости жизни на Земле.
Поэтому ученые полагают, что углерод должно быть легко найти в космосе, но это не всегда так. Хотя его наблюдали во многих местах, астрономы не обнаружили его в ожидаемых количествах. Однако новое исследование международной группы исследователей из Массачусетского технологического института (MIT) и Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики (CfA) обнаружило новый тип сложных молекул в межзвездном пространстве. Это открытие, известное как 1-цианопрен, может пролить свет на то, где находятся строительные блоки жизни и как они развиваются.
Исследование возглавила Габи Венцель, научный сотрудник химического факультета Массачусетского технологического института. К ней присоединились исследователи из CfA, Университета Британской Колумбии, Мичиганского университета, Вустерского университета, Университета Вирджинии, Военного института Вирджинии (VMI), Национального научного фонда (NSF) и Национальной радиоастрономической обсерватории. (NRAO) и Лаборатория астрохимии Центра космических полетов имени Годдарда НАСА (GSFC). Статья с описанием их результатов недавно появилась в журнале. Наука.
В своем исследовании команда использовала телескоп NSF Green Bank Telescope (GBT), самый точный, универсальный и самый большой полностью управляемый радиотелескоп в мире, расположенный в обсерватории Green Bank в Западной Вирджинии. Этот сложный инструмент позволил команде обнаружить присутствие 1-цианопирена, используя его уникальный спектр вращения. 1-Цианопрен представляет собой сложную молекулу, состоящую из нескольких конденсированных бензольных колец и принадлежащую к классу молекул полициклических ароматических углеводородов (ПАУ). На Земле они создаются путем сжигания ископаемого топлива или других органических материалов, таких как обугленное мясо или подгоревший хлеб.
Изучая PHA, астрономы надеются узнать больше об их жизненных циклах и взаимодействии с МЗС и близлежащими небесными телами. Как объяснил в недавнем пресс-релизе CfA соавтор Харшал Гупта, директор программы NSF по GBO и научный сотрудник CfA:
«Идентификация уникального спектра вращения 1-цианопирена потребовала работы междисциплинарной научной группы. Это открытие является прекрасным примером тесного и гармоничного сотрудничества химиков-синтетиков, спектроскопистов, астрономов и разработчиков моделей».
Это был впечатляющий подвиг, поскольку обнаружить эти молекулы было сложно (или даже невозможно) из-за их размера и отсутствия постоянного дипольного момента. «Это самые крупные молекулы, которые мы когда-либо нашли в TMC-1. «Это открытие расширяет границы нашего понимания сложности молекул, которые могут существовать в межзвездном пространстве», — добавил соавтор профессор Массачусетского технологического института Бретт Макгуайр, который также является младшим астрономом в NSF и NRAO.
До сих пор предполагалось, что эти молекулы образуются только в высокотемпературной среде, например, в области вокруг старых звезд. Это согласуется с тем, что астрономам уже давно известно о некоторых богатых углеродом звездах, которые производят огромное количество небольших молекулярных слоев углерода, которые затем распределяют по межзвездной среде (МЗС). Кроме того, предыдущие исследования показывают, что инфракрасная флуоресценция ПАУ, вызванная поглощением ультрафиолетового излучения близлежащих звезд, может быть ответственна за инфракрасные полосы, наблюдаемые во многих небесных объектах.
Интенсивность этих полос побудила некоторых астрономов предположить, что ПАУ могут составлять значительную часть углерода в ISM. Другие астрономы утверждали, что эти богатые углеродом молекулы не смогли выжить в суровых условиях межзвездного пространства, потому что температуры в межзвездной среде слишком низкие — в среднем около 10 К (-263). °С; -442 °Ф). Однако молекулы 1-цианопирена, наблюдаемые Венцель и ее коллегами, находились в ближайшей к Земле области звездообразования, холодном межзвездном облаке, известном как Молекулярное Облако Тельца-1 (TMC-1).
Поскольку в этой туманности еще не начали образовываться звезды, ее температура такая же, как у МЗС. «TMC-1 — это естественная лаборатория для изучения этих молекул, которые позже образуют строительные блоки звезд и планет», — сказал Венцель. Эти наблюдения позволяют предположить, что ПГА, такие как 1-цианопирен, могут иметь совершенно другой механизм образования и/или быть способны выживать в суровых космических условиях. Между тем, обнаружение цианопирена может предоставить косвенное свидетельство существования еще более крупных и сложных молекул в будущих наблюдениях.
Это исследование было поддержано измерениями и анализами, проведенными лабораторией молекулярной спектроскопии доктора. Майкл Маккарти в CfA. Как он предложил:
«Микроволновые спектрометры, разработанные в CfA, представляют собой уникальные инструменты мирового класса, специально разработанные для измерения точных радиоотпечатков сложных молекул, таких как 1-цианопирен. Даже предсказания самых передовых квантово-химических теорий все еще во много раз менее точны, чем то, что требуется для идентификации этих молекул в космосе с помощью радиотелескопов. Поэтому эксперименты в таких лабораториях, как наша, необходимы для этих революционных астрономических открытий».
Дальнейшее чтение: CFA
