Впервые ученые продемонстрировали, что космическая пыль играет роль катализатора химического процесса, в результате которого из простых соединений образуются более сложные молекулы, предшественники мочевины и других соединений, необходимых для возникновения жизни.
Как выглядит космическая пыль? Считалось, что она похожа на лук: плотное тугоплавкое ядро, покрытое сотнями или тысячами слоев льда, первый из которых — слой водяного льда. Такая корка должна препятствовать возникновению химических реакций на поверхности твердой крупицы.
В то же время накопилось немало доказательств, что поверхность крупиц космической пыли очень пористая. Более того, в межзвездном пространстве и вблизи звезд этой открытой поверхности очень много. На это указывают результаты лабораторных экспериментов с эквивалентами пыли, компьютерные модели ее эволюции, астрономические наблюдения, а также анализ пыли в межпланетном пространстве и частиц комет. Судя по всему, даже при обилии намерзшего льда поверхность пылинок остается доступной для химических реакций.
Наличие подходящей поверхности открывает путь к формированию множества сложных соединений в условиях космоса: в межзвездных облаках, протозвездных оболочках и за снеговой линией в протопланетных дисках. Эта углеродистая или кремнистая поверхность не только играет роль площадки для «встречи» химических соединений, но и может служить катализатором химических реакций.
Международная группа исследователей решила изучить участие космической пыли в реакции углекислого газа и аммиака. При их взаимодействии образуется карбамат аммония, прекурсор мочевины и других молекул, необходимых для возникновения жизни.
Эксперимент проводили в лаборатории при Йенском университете имени Фридриха Шиллера (Германия). Ученые собрали «бутерброды» из слоя углекислого газа и слоя аммиака с прослойкой из пористых крупиц силикатов, реалистичного аналога космической пыли. Также использовали экземпляры без прослойки и со слоем водяного льда. Образцы сперва заморозили до минус 260 °C, температуры межзвездных облаков, а потом нагрели до минус 190 °C, температуры протопланетных дисков.
Во всех образцах с пылью образовалось заметное количество карбамата аммония, а вот в экземплярах со льдом и без пыли его не оказалось. Ранее в подобных экспериментах углекислый газ и аммиак смешивали заранее, чтобы получить реакцию, а тут ученые впервые полностью воспроизвели космические условия. Оказалось, космическая пыль — важный участник процесса. Результаты исследования опубликованы в журнале The Astrophysical Journal.
«Результаты позволяют предположить, что частицы пыли играют гораздо более активную роль в астрохимии, чем мы думали. Эти частицы, летящие сквозь межзвездные облака и протопланетные диски, играют роль микросреды, где молекулы встречаются и формируют более сложные формы», — прокомментировал ведущий автор исследования Алексей Потапов, физик из Йенского университета имени Фридриха Шиллера.
Авторы научной работы продолжат эксперименты. Они хотят найти другие соединения, синтезу которых помогает космическая пыль. Также ученые планируют исследовать ближайшие протопланетные диски, где формируются планеты, — может, удастся выявить химические реакции, в которых участвует пыль.
Автор: Дарья Губина