Зразки з астероїда Рюґу показують, що органічні сполуки можуть утворюватися у холодніших регіонах космосу

Аналіз органічних сполук — так званих поліциклічних ароматичних вуглеводнів (ПАВ) — видобутих з астероїда Рюґу, показав, що ПАВ можуть утворюватися в холодних областях міжзоряного простору, а не в гарячих регіонах поблизу зір, як вважалося раніше.

Про це розповідають в Каліфорнійському технологічному інституті, передають OstanniPodii.com.

Вуглець -- будівельний блок біологічного життя на Землі. Цей елемент присутній у багатьох сполуках, таких як цукри, білки та молекули вуглеводів, з яких складаються всі організми -- від тварин до рослин і бактерій.

Одні з особливих сполук на основі вуглецю, які називаються поліциклічними ароматичними вуглеводнями (ПАВ), повсюдно присутні на Землі, а також у космосі. Астрономи спостерігали сигнали цих сотоподібних молекул у просторі між зорями та підрахували, що ПАВ становлять значний відсоток усього вуглецю в галактиці Чумацький Шлях та інших галактиках. Розуміння того, де та як утворюються астрономічні ПАВ, має вирішальне значення для розуміння того, як цей важливий біологічний будівельний матеріал потрапив на Землю, але існує безліч теорій щодо середовищ, які можуть утворювати ПАВ в космосі.

У новій роботі, в якій досліджувалися ПАВ, вилучені зі зразків, доставлених з астероїда (162173) Рюґу, виявлено перші докази на підтримку теорії, що ПАВ утворилися в холодних молекулярних хмарах у міжзоряному просторі.

Молекулярні хмари -- це дуже холодні області газу в міжзоряному просторі, що простягаються на мільярди кілометрів у поперечнику. Їхні низькі температури -- до -262 градуси за Цельсієм -- означають, що енергії для протікання хімічних реакцій не достатньо. ПАВ є відносно великими молекулами, тому, якщо вони дійсно утворюються в холодних молекулярних хмарах, як припускають деякі теорії, їхнє утворення має відбуватися через хімічні реакції, які вимагають мінімальної теплової енергії, або які протікають за рахунок поглинання енергії світла.

Більшість вуглецю на Землі складається з поширеного ізотопу вуглецю-12, ядро якого містить шість протонів і шість нейтронів. Однак невелика частка земного вуглецю має в своєму ядрі сім замість шести нейтронів і відома як вуглець-13. Додатковий нейтрон робить вуглець-13 важчим за вуглець-12; важливо, що при утворенні хімічних зв′язків з вуглецем-13 загальна енергія молекулярної системи знижується, що є перевагою в холодних, низькоенергетичних середовищах, таких як молекулярні хмари. Аналогічно, два атоми вуглецю-13, з′єднані разом, створюючи так звані ізотопні "згустки", є ще більш енергетично переважними в таких середовищах. Таким чином, якби ПАВ утворилися в низькоенергетичному середовищі, такому як холодна молекулярна хмара, дослідники очікували б побачити в них надлишок згустків вуглецю-13 порівняно з кількістю згустків, які очікуються для ПАВ, що утворилися в високотемпературних, високоенергетичних середовищах, таких як регіони біля зір.

У 2020 році місія Hayabusa2 Японського космічного агентства повернула п′ять грамів зразків з астероїда Рюґу. Сім міліграмів цих зразків були виділені для дослідження вуглецевмісних молекул, також відомих як органічні молекули. Після того, як різні сполуки були вилучені та відправлені різним командам по всьому світу, залишилася ще менша кількість для вивчення ізотопного вмісту ПАВ.

"Залишилося буквально шість крапель", - розповідає Сара Цейхнер з Калтеху, перша автор дослідження. "І в цих кількох краплях концентрація ПАВ була в 1000 разів меншою, ніж потрібно для традиційного ізотопного аналізу. Тож я розробила унікальний метод для цього дослідження. Він використовує Орбітрап [орбітальна іонна пастка], нову технологію у вивченні ізотопних властивостей, і адаптує методи, які ми нещодавно розробили, щоб мати можливість спостерігати ізотопні властивості ПАВ в дуже низьких концентраціях".

Також співавтор Кліті Грайс з Університету Кертіна (Австралія) розповів: "Ми провели експерименти з контрольованого спалювання австралійських рослин, які ізотопно порівняли з ПАВ з фрагментів астероїда Рюґу, що були повернуті на Землю японським космічним апаратом у 2020 році, та метеорита Мерчісон, що впав на Австралію в 1969 році. Зв′язки між легкими та важкими ізотопами вуглецю в ПАВ були проаналізовані, щоб виявити температуру, при якій вони утворилися".

Команда визначила, що ПАВ, виділені з астероїда Рюґу, містять надлишки згустків вуглецю-13, що є першим кількісним доказом того, що ПАВ могли утворитися в холодних, низькоенергетичних регіонах міжзоряного простору.

Дослідники вказують, що Рюґу належить до особливого класу космічних порід, які є репрезентативними для складу середньостатистичної частини Сонячної системи, і, таким чином, дає ключ до розуміння середовища, в якому сформувалися Земля та інші планети нашої Сонячної системи, а також, можливо, планети навколо інших зір, схожих на наше Сонце.

"Місії з повернення зразків мають велике значення для вивчення органічних сполук", - каже Цейхнер. "Метеорити приносять на Землю зразки з космосу, але оскільки вони падають крізь атмосферу, то зазнають певного земного забруднення. Ці зразки є особливими, тому що вони дають можливість поглянути на органічні молекули, які ніколи не зазнавали неконтрольованого впливу земної біосфери. І, сподіваємось, ці методи тепер допоможуть нам краще зрозуміти зразки з метеоритів та інших позаземних тіл, які повертатимуться з майбутніх місій".

Стаття з описом дослідження з′явилася у випуску журналу Science від 21 грудня 2023 року.