Біля протозорі в сузір’ї Персея зафіксували метанол, у якому всі атоми водню замінено важким воднем – дейтерієм. Цієї органічної сполуки там набагато більше, ніж допускають сучасні хімічні моделі. Схоже, у моделях не враховано якогось процесу, що формує органічні речовини ще до появи зір і планет.
Чотири важкі атоми
Метанол, відомий також як деревний спирт, містить чотири атоми водню. У повністю дейтерованій формі всі вони заміщені дейтерієм, ізотопом водню з додатковим нейтроном у ядрі. У земних лабораторіях такий метанол синтезують давно, а в міжзоряному просторі досі не фіксували жодної молекули з чотирма атомами дейтерію.
Дейтерій рідкісний, адже в Галактиці на один його атом припадає понад 60 тисяч атомів звичайного водню. А біля протозорі IRAS4A2 на кожні 2500 молекул метанолу є одна повністю дейтерована.
Протозоря IRAS4A2 входить до подвійної системи в молекулярній хмарі NGC 1333 приблизно за 950 світлових років від Землі. Її спостерігали на Атакамській великій міліметровій/субміліметровій решітці (ALMA) разом з десятьма іншими протозорями малої маси. Результати опубліковано в рецензованому журналі Astronomy & Astrophysics.
Як утворюється метанол
Метанол утворюється в холодних хмарах газу і пилу за температури близько 10 кельвінів. Молекули монооксиду вуглецю намерзають на пилинки, і до них по одному приєднуються атоми водню.
За такого холоду реакції передають дейтерій від молекулярного водню іншим молекулам, а зворотним реакціям бракує енергії. Тому частка дейтерію в молекулі вказує, за яких умов вона утворилась. Співавторка дослідження Сільвія Спеццано з Інституту позаземної фізики Макса Планка, слова якої наводить Universe Today, пояснює, що так можна простежити шлях складних молекул від міжзоряних хмар до планет.
Коли протозоря починає світити, вона прогріває оточення приблизно до 200 кельвінів. Лід випаровується, і випромінювання молекул реєструють за допомогою радіотелескопів.
Розрив з моделями
Майже в усіх протозорях, де знаходили частково дейтерований метанол, молекул із двома і трьома атомами дейтерію виявлялося більше, ніж випливало з кількості молекул з одним таким атомом. Якби дейтерій потрапляв у метанол випадково, це співвідношення було б іншим.
За хімічними моделями, метанолу з двома і трьома атомами дейтерію мало б бути в десятки чи сотні разів менше, ніж його спостерігають насправді. Для повністю дейтерованого метанолу розбіжність ще більша, і в одній з моделей вона сягає приблизно ста тисяч разів. На думку авторів на чолі з Арно Беллошем з Інституту радіоастрономії Макса Планка, у моделях, схоже, бракує ключового процесу. Якого саме, поки невідомо.
Внесок харківських дослідників
Але як упізнати молекулу на відстані майже тисячі світлових років? Для цього треба заздалегідь знати частоти, на яких вона випромінює. Спектр повністю дейтерованого метанолу у 2023 році виміряла міжнародна команда на чолі з Вадимом Ілюшиним з Радіоастрономічного інституту НАН України. Частоти в діапазоні, де вели спостереження на ALMA, отримали в лабораторії інституту в Харкові. Вадим Ілюшин очолював і роботи з даними ще для двох дейтерованих форм метанолу, використаних у дослідженні.
У спектрі IRAS4A2 лишилися й невпізнані лінії, які можуть давати форми метанолу з двома і трьома атомами дейтерію. Щойно для них з’являться лабораторні дані, автори розраховують легко знайти обидві молекули.
