С помощью полученных спектров исследователи проанализировали данные крупнейшего космического телескопа современности «Джеймс Уэбб». Оказалось, что в окрестностях молодых звезд метановый лед находится не только в смеси с водяным льдом, как считалось ранее. Значительная доля метанового льда смешана с «сухим льдом», состоящим из углекислого газа, сообщили в пресс-службе Российского научного фонда.
Метан — одна из наиболее распространенных молекул в межзвездной среде. Ученые рассматривают его в качестве потенциального индикатора при поиске жизни на экзопланетах. Это связано с тем, что на Земле большая часть метана производится в результате обмена веществ живых организмов, в первую очередь бактерий. В то же время в межзвездной среде это соединение синтезируется без участия живых организмов. При этом исследования показывают, что в открытом космосе метан чаще всего содержится в твердом виде в ледяных оболочках, покрывающих частицы межзвездной пыли.
Чтобы выявить метан в таких льдинках, астрономы анализируют инфракрасные спектры космических объектов: разные соединения поглощают такое излучение на строго определенных длинах волн, а потому каждый спектр представляет собой уникальный «отпечаток пальца». Однако проанализировать такие спектры для метана до сих пор было очень сложно из-за того, что на Земле эксперименты с этой молекулой не проводились для достаточного количества различных молекулярных окружений метана во льду.
Авторы провели эксперименты на уникальной вакуумной установке ISEAge при двух температурах: -263°С (10 Кельвинов) и -266°С (6,7 Кельвинов), которые соответствуют реальным условиям в центрах холодных дозвездных ядер. В такой камере формировали нанометровые пленки льда из чистого метана, а также его смесей с другими веществами в разных пропорциях.
Оказалось, что метан в смеси с другими молекулами поглощает инфракрасный свет заметно сильнее, чем в чистом виде. Интенсивность поглощения метана в смесях оказалась в среднем на 20% выше, чем у чистого вещества, интенсивность поглощения для которого использовали при расчетах ранее. Это означает, что оценки содержания межзвездного метана в ряде публикаций, основанных на данных инфракрасного телескопа «Джеймс Уэбб», могут быть завышены примерно на 20%.
Помимо этого, смеси метана с метанолом и аммиаком продемонстрировали изменения в форме полос поглощения, позволяющие отличить их от метана, который связан с водяным льдом. Это открывает возможность исследовать условия образования метана в различных астрохимических реакциях.
«Мы разместили полный набор спектров в открытом доступе в репозитории Zenodo, сделав их доступными всему научному сообществу для интерпретации новых наблюдений „Джеймса Уэбба“. Актуальность этих данных будет только расти по мере накопления инфракрасных наблюдений протозвездных и дозвездных объектов. В дальнейшем мы планируем исследовать метан в большем количестве протозвезд различных классов, а также попытаться оценить, в каком соотношении в ледяном метане находятся изотопы водорода и углерода», — рассказал руководитель проекта Антон Васюнин, кандидат физико-математических наук, заведующий научной лабораторией астрохимических исследований Уральского федерального университета имени первого Президента России Б. Н. Ельцина.
Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда, опубликованы в журнале Astronomy & Astrophysics.
