Сировина органічних молекул може вивільнятися із зоряного пилу

Одну з молекул, які найлегше вступають у реакції з іншими речовинами в космосі, вдалося надійно зареєструвати біля зорі на пізній стадії еволюції. Об’єкт, біля якого її зафіксували, розташований у сусідній галактиці, а спостереження провели за допомогою телескопа James Webb. Кількість метилу там виявилась значно більшою, ніж передбачають моделі. Автори пояснюють надлишок поступовим руйнуванням пилових частинок, з яких молекула потрапляє в газ.

Несподіваний надлишок метилу

Метил CH₃ є одновалентним радикалом метану, тобто молекулою метану без одного атома водню. Один його електрон лишається без пари, тому молекула легко з’єднується майже з будь-якою речовиною поруч. Через це радикал існує дуже недовго.

Цю молекулу зареєстрували біля об’єкта SMP LMC 011 у Великій Магеллановій Хмарі. Команда під керівництвом постдокторантки Цзялу Лі виміряла і її кількість, яка помітно перевищила прогноз. Звичайна хімія, в якій ультрафіолет розщеплює простіші молекули на кшталт метану, мала б давати лише скромну кількість CH₃.

Надлишок вказує на механізм, досі невідомий науковцям. Як повідомляє Інститут астрофізики Канарських островів, результати опубліковано в рецензованому журналі The Astrophysical Journal Letters.

Невидимий для радіотелескопів

Більшість молекул у космосі астрономи знаходять за радіосигналом. Симетрична будова CH₃ такого сигналу не дає. Розпізнати радикал можна лише за певним коливанням, а земна атмосфера цю довжину хвилі поглинає. Тому його шукали за допомогою приладу середнього інфрачервоного діапазону (MIRI) на борту James Webb.

У 2023 році за допомогою цього ж телескопа в протопланетному диску в туманності Оріона знайшли заряджену форму цієї молекули, метил-катіон CH₃⁺. Тепер нейтральний радикал вперше надійно зафіксували в оточенні багатої на вуглець зорі, що наближається до кінця своєї еволюції.

Пил як джерело метилу

Навколо таких зір вуглець і водень конденсуються в невпорядкований матеріал, схожий на сажу. Його називають гідрогенізованим аморфним вуглецем. Автори вважають, що цей пил поступово руйнують ультрафіолет центральної зорі, ударні хвилі або обидва чинники разом. Внаслідок цього метил потрапляє в навколишній газ.

Така картина перевертає звичне уявлення про великі вуглецеві молекули, поліциклічні ароматичні вуглеводні. Зазвичай вважають, що вони утворюються в газі й потім осідають на пилинках. Новий результат допускає і зворотний рух, тож команда пропонує двосторонній зв’язок між пилом і хімією газу.

Від бензолу до толуолу

Об’єкт SMP LMC 011 містить надзвичайно багато бензолу C₆H₆. Це найпростіша ароматична молекула, у якій шість атомів вуглецю замкнені в кільце. Ароматичними такі сполуки назвали через виразний запах перших відкритих речовин цього класу, в хімії ця назва вказує на особливу стійкість кільця.

Кілька таких кілець, з’єднаних між собою, утворюють поліциклічні ароматичні вуглеводні. Усі вони належать до органічних сполук, тобто побудовані на основі вуглецю, як і молекули живих організмів. Метил може приєднуватися до бензолу послідовно. Так утворюється толуол, далі — етилбензол і все більші ароматичні сполуки.

Цю схему підтверджує ще одна деталь. Якби метил реагував сам із собою, в газі з’явився б етан C₂H₆, проте його не знайшли. Відсутність етану свідчить, що CH₃ витрачається на нарощування ароматичних молекул.

Співавтор роботи Артуро Манчадо з Інституту астрофізики Канарських островів називає такі зорі одними з головних джерел вуглецевого пилу і складних органічних молекул у Всесвіті. За його словами, сучасні хімічні моделі тепер доведеться доповнити цими реакціями.