Найдавніші метеорити досі містять органічну речовину з киснем, який вона отримала ще до формування астероїдів. Ймовірно, джерелом кисню була вода в молодій Сонячній системі. У найпервісніших зразках взаємодія з рідиною в надрах цих тіл за мільярди років майже не змінила його ізотопного складу. До такого висновку дійшли геохіміки Гарвардського університету, коли з високою точністю виміряли в органіці співвідношення трьох ізотопів кисню. Результат допомагає з’ясувати, де утворилась ця речовина, а також звідки взялася опорна лінія, за якою науковці звіряють склад первісних мінералів.
Сім метеоритів з одним підписом
Ізотопний склад органіки виявився майже однаковим у семи вуглецевих хондритах із різних хімічних груп. Так називають кам’янисті метеорити, які не плавилися з часів формування Сонячної системи й містять до 4 % вуглецю за масою. Серед досліджених зразків були представники класів CI, CM і CR, а також рідкісні Беллс і Тарда.
Відхилення частки кисню-18 від земного стандарту в них лягло у вузький проміжок від 10,4 до 12,3 проміле. Якби органіка тривалий час обмінювалася атомами з водою всередині астероїдів, цей показник, за розрахунками авторів, становив би від 27 до 58 таких одиниць.
Статтю з результатами опублікував рецензований журнал Proceedings of the National Academy of Sciences. Її перший автор Деніел Крокер і співавтор Девід Джонстон працюють на кафедрі наук про Землю і планети Гарвардського університету.
Лінія під сумнівом
Атоми кисню бувають трьох видів із масами 16, 17 і 18, їх називають ізотопами. На Землі співвідношення між ними змінюється за сталим правилом, тому всі земні зразки на графіку вишиковуються в одну лінію. Найдавніші мінерали з метеоритів розташовуються інакше. Цю відмінність пояснюють тим, що в молодій Сонячній системі змішувались два запаси кисню з різною часткою найлегшого ізотопу.
Цю закономірність описали ще 1977 року за зразками метеорита Альєнде і назвали лінією безводних мінералів вуглецевих хондритів (CCAM). Згодом запропонували й інші варіанти. Частина науковців вважала CCAM лише копією первинної прямої, яку пізніше змістили вторинні процеси, наприклад, обмін з водою. Органіка з усіх семи досліджених зразків лягла на неї або поруч. Якби лінію справді змістили вторинні процеси, мінерали й органіка мусили б випадково опинитися в одному й тому самому місці графіка, а автори вважають такий збіг малоймовірним.
Несподіваний ефект нагрівання
Органіка з шести метеоритів, що зазнали термічного впливу в материнських тілах або під час ударів, показала інший ізотопний склад. Частка кисню-17 і кисню-18 у ній знизилась, хоча втрата летких речовин і обмін атомами з довкіллям зазвичай її підвищують.
Для перевірки органіку з метеорита Мигея годину витримували у вакуумі при 500 і 600 °C. Цей хондрит упав 1889 року біля села Мигія на теперішній Миколаївщині. У дослідженні він слугував зразком первісної органіки, яка раніше не зазнавала сильного нагрівання.
Після досліду склад зразка змістився так само, як у природно прогрітих хондритах. Імовірно, до термічного впливу органіка всіх досліджених метеоритів була однаковою за вмістом важкого кисню.
Холодні околиці протопланетного диска
Автори дійшли висновку, що органіка отримала кисень під час власного синтезу, ще до того, як потрапила до складу астероїдів. Джерелом, ймовірно, була вода з нестачею найлегшого ізотопу. Надлишок азоту-15 і дейтерію, тобто важкого водню, вказує на холодне середовище з сильним опроміненням. Такі умови, як пише Interesting Engineering, існували на крижаних околицях молодої Сонячної системи.
Однаковий склад зразків із різних метеоритів автори пояснюють двома способами. Або єдиний запас органіки поширився зовнішньою частиною диска, або скрізь у ньому відбувався той самий хімічний процес.
Відповідь за моделями
Якщо вуглецеві хондрити принесли на Землю більшість летких речовин, то ця органіка стала головним постачальником вуглецю і азоту для молодої планети, вважають автори. Ці елементи згодом зробили Землю придатною для життя.
Дві версії походження органіки тепер перевірятимуть за допомогою моделей хімії протопланетного диска. Науковцям доведеться пояснити й те, чому кисень у метеоритній речовині за складом близький до земного, тоді як наша зоря, за вимірюваннями сонячного вітру, збагачена киснем-16.
