Список химических веществ, обнаруженных в космосе, становится все длиннее и длиннее. Астрономы обнаружили аминокислоты и другие строительные блоки жизни на кометах, астероидах и даже свободно плавающих в космосе. Теперь исследователи нашли еще одно сложное химическое вещество, которое можно добавить в этот список.
Новое химическое вещество известно как 2-метоксиэтанол (CH3ОЧ2СН2ОЙ). Это одна из нескольких молекул метокси, которые ученые нашли в космосе. Но с 13 атомами это один из самых больших и сложных атомов, когда-либо обнаруженных.
Группа ученых под названием McGuire Group специализируется на обнаружении химических веществ в космосе. Группа Макгуайра и другие исследователи из учреждений Флориды и Франции работали вместе, чтобы найти 2-метоксиэтанол.
Исследователи опубликовали свои выводы в The Astrophysical Journal Letters. Он называется «Вращательный спектр и первое межзвездное обнаружение 2-метоксиэтанола с помощью наблюдений NGC 6334I на ALMA». Ведущий автор — Закари Фрид, аспирант группы McGuire в Массачусетском технологическом институте.
«В космосе существует ряд «метокси»-молекул, таких как диметиловый эфир, метоксиметанол, этилметиловый эфир и метилформиат, но 2-метоксиэтанол будет самым большим и сложным из когда-либо существовавших», — сказал ведущий автор Фрид.
Исследователи не наткнулись на большую молекулу. Он был обнаружен в рамках согласованных усилий по обнаружению новых химических веществ в космосе. Все началось с машинного обучения. В 2023 году одна модель машинного обучения предложила искать 2-метоксиэтанол. Следующим шагом стала лаборатория, где исследователи проводили эксперименты по измерению и анализу вращательного спектра молекулы здесь, на Земле.
«Мы делаем это, глядя на вращательные спектры молекул, на уникальные узоры света, которые они излучают, когда падают в космосе», — сказал Фрид. «Эти узоры являются отпечатками пальцев (штрих-кодами) молекул. Чтобы обнаружить новые молекулы в космосе, мы сначала должны иметь представление о том, какую молекулу мы хотим искать, затем мы можем записать ее спектр в лаборатории здесь, на Земле, а затем, наконец, мы ищем этот спектр в космосе с помощью телескопов».
Исследователи измерили спектр молекулы в широкополосном диапазоне частот от микроволнового до субмиллиметрового диапазона волн (от 8 до 500 гигагерц).
Имея эти данные, исследователи обратились к ALMA, Большой миллиметровой/субмиллиметровой решетке в Атакаме. ALMA собрала данные из двух областей звездообразования: NGC 6334I и IRAS 16293-2422B. Исследователи из группы McGuire, Национальной радиоастрономической обсерватории и Копенгагенского университета работали над анализом наблюдений ALMA.
«В конечном итоге мы наблюдали 25 вращающихся линий 2-метоксиэтанола, которые совпали с молекулярным сигналом, наблюдаемым в направлении NGC 6334I (штрих-код совпал!), что привело к надежному обнаружению 2-метоксиэтанола в этом источнике», — сказал Фрид. «Это позволило нам затем получить физические параметры молекулы NGC 6334I, такие как ее содержание и температура возбуждения. Это также позволило исследовать возможные пути химического образования известных межзвездных предшественников».
Здесь, на Земле, 2-метоксиэтанол используется главным образом в качестве растворителя. Он токсичен для костного мозга и яичек. Но его статус здесь, на Земле, не имеет отношения к его открытию.
Большая молекула также не является строительным блоком для жизни. Это важно из-за своего размера и сложности. Ученые заинтересованы в понимании того, как химия развивается и образует большие молекулы в регионах, где формируются звезды и планеты.
«Наша группа пытается понять, какие молекулы присутствуют в регионах космоса, где в конечном итоге примут форму звезды и солнечные системы», — объяснил Фрид. «Это позволяет нам собрать воедино то, как химия развивается вместе с процессом формирования звезд и планет».
Молекулярная сложность — отличительная черта жизни, поэтому, конечно, учёные хотят понять молекулярную сложность в космосе. По состоянию на 2021 год ученые обнаружили в космосе только шесть молекул размером более 13 атомов за пределами нашей Солнечной системы. Команда Макгуайра нашла многие из них.
Найти их – первый шаг. Следующий шаг — выяснить, как и где они образуются. Хотя прямой связи между 2-метоксиэтанолом и жизнью нет, вся сложная химия может что-то рассказать нам о сложной химии в целом.
«Продолжение наблюдений за большими молекулами и последующее определение их содержания позволяет нам расширить наши знания о том, насколько эффективно могут образовываться большие молекулы и с помощью каких конкретных реакций они могут производиться», — сказал Фрид. «Кроме того, поскольку мы обнаружили эту молекулу в NGC 6334I, но не в IRAS 16293-2422B, нам представилась уникальная возможность изучить, как различные физические условия этих двух источников могут влиять на химический процесс, который может происходить».
NGC 6334I представляет собой область звездообразования с большей массой по сравнению с IRAS 16293-2422B. Это означает, что он может иметь потенциально усиленное радиационное поле. Это усиленное излучение может привести к образованию большего количества прекурсоров 2-метоксиэтанола, что в конечном итоге приведет к увеличению количества самой молекулы. Возможно, свою роль сыграло и повышение температуры пыли. Более теплая пыль обеспечивает большую подвижность пыли, что приводит к рекомбинации химических фрагментов.
Благодаря постоянно совершенствующимся инструментам и методам наблюдения, включая машинное обучение, астрохимия является процветающей областью. Если мы когда-нибудь поймем, как возникла жизнь на Земле и где она может возникнуть в других частях галактики, астрохимия будет играть ведущую роль. Хотя 2-метоксиэтанол не имеет прямого отношения к жизни, его обнаружение все же кое-что говорит ученым.
