Образцы с астероида Рюгу показывают, что органические соединения могут образовываться в более холодных регионах космоса

Анализ органических соединений — так называемых полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) — добытых из астероида Рюгу, показал, что ПАУ могут образовываться в холодных областях межзвездного пространства, а не в горячих регионах вблизи звезд, как считалось ранее.

Об этом рассказывают в Калифорнийском технологическом институте, передают OstanniPodii.com.

Углерод -- строительный блок биологической жизни на Земле. Этот элемент присутствует во многих соединениях, таких как сахара, белки и молекулы углеводов, из которых состоят все организмы -- от животных до растений и бактерий.

Одни из особых соединений на основе углерода, называемые полициклическими ароматическими углеводородами (ПАУ), повсеместно присутствуют на Земле, а также в космосе. Астрономы наблюдали сигналы этих сотовидных молекул в пространстве между звездами и подсчитали, что ПАУ составляют значительный процент всего углерода в галактике Млечный Путь и других галактиках. Знание того, где и как образуются астрономические ПАУ, имеет решающее значение для понимания того, как этот важный биологический строительный материал попал на Землю, но существует множество теорий относительно сред, которые могут образовывать ПАУ в космосе.

В новой работе, в которой исследовались ПАУ, изъятые из образцов, доставленных с астероида (162173) Рюгу, обнаружены первые доказательства в поддержку теории, что ПАУ образовались в холодных молекулярных облаках в межзвездном пространстве.

Молекулярные облака -- это очень холодные области газа в межзвездном пространстве, простирающиеся на миллиарды километров в поперечнике. Их низкие температуры -- до -262 градуса по Цельсию -- означают, что энергии для протекания химических реакций не достаточно. ПАУ являются относительно крупными молекулами, поэтому, если они действительно образуются в холодных молекулярных облаках, как предполагают некоторые теории, их образование должно происходить через химические реакции, которые требуют минимальной тепловой энергии, или которые протекают за счет поглощения энергии света.

Большинство углерода на Земле состоит из распространенного изотопа углерода-12, ядро которого содержит шесть протонов и шесть нейтронов. Однако небольшая доля земного углерода имеет в своем ядре семь вместо шести нейтронов и известна как углерод-13. Дополнительный нейтрон делает углерод-13 тяжелее углерода-12; важно, что при образовании химических связей с углеродом-13 общая энергия молекулярной системы снижается, что является преимуществом в холодных, низкоэнергетических средах, таких как молекулярные облака. Аналогично, два атома углерода-13, соединенные вместе, создавая так называемые изотопные "сгустки", являются еще более энергетически предпочтительными в таких средах. Таким образом, если бы ПАУ образовались в низкоэнергетической среде, такой как холодное молекулярное облако, исследователи ожидали бы увидеть в них избыток сгустков углерода-13 по сравнению с количеством сгустков, которые ожидаются для ПАУ, образовавшихся в высокотемпературных, высокоэнергетических средах, таких как регионы возле звезд.

Новости по подобной теме:

		Астрономы открыли молекулы, сохраняющие большую часть углерода в космосе
		Ученые определили признак в атмосфере экзопланет, который может свидетельствовать о жизнепригодности
		NASA отправит аппарат к астероиду Апофис, когда тот будет приближаться к Земле

В 2020 году миссия Hayabusa2 Японского космического агентства вернула пять граммов образцов с астероида Рюгу. Семь миллиграммов этих образцов были выделены для исследования углеродсодержащих молекул, также известных как органические молекулы. После того, как различные соединения были изъяты и отправлены различным командам по всему миру, осталось еще меньшее количество для изучения изотопного содержания ПАУ.

"Осталось буквально шесть капель", - рассказывает Сара Цейхнер из Калтеха, первая автор исследования. "И в этих нескольких каплях концентрация ПАВ была в 1000 раз меньше, чем требуется для традиционного изотопного анализа. Поэтому я разработала уникальный метод для этого исследования. Он использует Орбитрап [орбитальная ионная ловушка], новую технологию в изучении изотопных свойств, и адаптирует методы, которые мы недавно разработали, чтобы иметь возможность наблюдать изотопные свойства ПАВ в очень низких концентрациях".

Также соавтор Клити Грайс из Университета Кертина (Австралия) рассказал: "Мы провели эксперименты по контролируемому сжиганию австралийских растений, которые изотопно сравнили с ПАУ из фрагментов астероида Рюгу, возвращенных на Землю японским космическим аппаратом в 2020 году, и метеорита Мерчисон, упавшего на Австралию в 1969 году. Связи между легкими и тяжелыми изотопами углерода в ПАУ были проанализированы, чтобы выявить температуру, при которой они образовались".

Команда определила, что ПАУ, выделенные из астероида Рюгу, содержат излишки сгустков углерода-13, что является первым количественным доказательством того, что ПАУ могли образоваться в холодных, низкоэнергетических регионах межзвездного пространства.

Исследователи указывают, что Рюгу принадлежит к особому классу космических пород, которые являются репрезентативными для состава среднестатистической части Солнечной системы, и, таким образом, дает ключ к пониманию среды, в которой сформировались Земля и другие планеты нашей Солнечной системы, а также, возможно, планеты вокруг других звезд, похожих на наше Солнце.

"Миссии по возвращению образцов имеют большое значение для изучения органических соединений", - говорит Цейхнер. "Метеориты приносят на Землю образцы из космоса, но поскольку они падают сквозь атмосферу, то подвергаются определенному земному загрязнению. Эти образцы являются особенными, потому что они дают возможность взглянуть на органические молекулы, которые никогда не испытывали неконтролируемого воздействия земной биосферы. И, надеемся, эти методы теперь помогут нам лучше понять образцы с метеоритов и других внеземных тел, которые будут возвращаться из будущих миссий".

Статья с описанием исследования появилась в выпуске журнала Science от 21 декабря 2023 года.

• Hayabusa-2
• Астероиды
• астрохимия