«Веселящий газ» обнаружили в межзвездных льдах вокруг протозвезд

Ученые лаборатории астрохимических исследований УрФУ совершил прорывное открытие: ученые обнаружили в межзвездных льдах «веселящий газ» — закись азота (N₂O), сообщили в пресс- службе вуза.

«Мы обнаружили закись азота во льдах в направлении 16 протозвезд из 50 проанализированных нами. Содержание N₂O в этих протозвездах варьируется в пределах от 0,2 % до 2,1 % относительно льда, состоящего из молекул СО. Обнаружение закиси азота в более чем десятке протозвезд означает, что эта молекула широко распространена в межзвездных льдах, а наша работа — первое уверенное обнаружение ледяного N₂O», — рассказала лаборант-исследователь научной лаборатории астрохимических исследований УрФУ Варвара Картеева.

В газе межзвездных облаков, из которых образуются звезды и планеты, известно более 300 молекул: от простых до относительно сложных органических. В твердой же фазе межзвездной среды — на межзвездных пылевых частицах, которые при низких температурах (около 10 кельвин или −263 градусах Цельсия) покрываются льдом, образующим так называемые ледяные мантии — достоверно идентифицировано на сегодня лишь восемь молекул. Таким образом, молекула N₂O стала девятой обнаруженной молекулой. Помимо нее, коллектив УрФУ также заявил о предварительном обнаружении еще одной молекулы — изоциановой кислоты (HNCO).

Как поясняют ученые, обнаружить молекулы во льдах гораздо сложнее, чем в газе, так как в твердой фазе молекулы видны только в инфракрасном диапазоне в случае, когда неподалеку находится звезда, которая помогает «подсветить» необходимую область. Кроме того, существует множество других мешающих факторов.

«Мы использовали спектры аналогов межзвездных льдов, выращенных на нашей лабораторной установке ISEAge, чтобы интерпретировать результаты, полученные телескопом Джеймса Уэбба в прошлом году. При помощи полученных в лаборатории спектров удалось выполнить анализ наблюдений межзвездных облаков и уверенно обнаружить N₂O во льдах», — пояснил заведующий лабораторией Антон Васюнин.

По словам ученых, находка крайне важна. Молекула закиси азота легче вступает в реакции при низкой температуре, чем, например, вероятный основной носитель азота в ледяных мантиях — молекулярный азот (N₂), и может участвовать в химии более сложных азотсодержащих молекул, включая аминокислоты, необходимые для строительства белков, основы для живых организмов.

«Считается, что реакции в газовой фазе межзвездных облаков, скорее всего, не приводят к образованию сложных органических молекул. Со льдом ситуация другая: поверхность льда своего рода каталитическая. Поверхностные реакции могут быть более эффективны в образовании ряда химических соединений, которые в газе плохо образуются или не образуются вовсе. Поэтому изучение химии во льдах и состава этих льдов, с одной стороны, труднее, а с другой — интереснее, потому что там немного другая химия, ведущая к образованию другого набора молекул. Также вероятно, что на поверхности планет легче попасть веществу из межзвездного льда, а не из разреженного межпланетного газа. Грубо говоря, ледяное ядро кометы может упасть и принести на молодую планету достаточно много органического материала. То есть попадание химических молекул на поверхности планеты в твердом состоянии более вероятно и эффективно, чем в газовом», — отметил Антон Васюнин.

Примечательно, что восемь из 16 протозвезд, где астрохимики УрФУ обнаружили молекулу N₂O, находятся в области звездообразования Орион А. Как полагают ученые, это может указывать на важную роль ультрафиолетового излучения в образовании закиси азота в межзвездных льдах, поскольку область Орион А отличается высокой интенсивностью ультрафиолетового фона. Однако механизмы образования N₂O в межзвездных льдах еще предстоит изучить и установить, предупреждают исследователи.

Протозвезда — стадия формирования звезды; протозвездный объект с диском из газа и пыли; находится на ранней стадии формирования в межзвездном газопылевом облаке, в котором еще не начались термоядерные реакции в ядре, но уже активно идет гравитационный коллапс. Она представляет собой источник инфракрасного излучения, скрытый в газопылевой оболочке, и является фазой формирования настоящей звезды и планетарной системы.

Межзвездный лед — это ледяная оболочка на частицах космической пыли в холодных облаках; важный резервуар летучих веществ во Вселенной и «химическая колыбель» для сложных молекул. Под действием космических лучей и ультрафиолетового излучения в них идут радиационно-индуцированные реакции (не требующие высоких температур), а также другие реакции, которые могут приводить к синтезу сложной органики. Это означает, что кирпичики для жизни (пребиотическая химия) начинают формироваться еще в космосе, до образования планет, и затем могут попадать на поверхности планет с кометами и астероидами.

 Исследование описано в журнале Astronomy and Astrophysics. Работу поддержал Российский научный фонд.