Ингредиенты для жизни вблизи молодых звезд

При помощи телескопа ALMA астрономы обнаружили возле очень молодых солнцеподобных звезд следы метилизоцианата – химического соединения, которое служит «строительным кирпичиком» жизни. Эта пребиотическая молекула впервые найдена в окрестности протозвезд солнечного типа, проходящих тот же путь развития, который когда-то прошла Солнечная система. Открытие может помочь астрономам понять, как появилась жизнь на Земле. Кратко о нем рассказывается в пресс-релизе Европейской Южной обсерватории.

Присутствие сложных органических молекул метилизоцианата в кратной звездной системе IRAS 16293-2422 обнаружили сразу две исследовательских группы. Одной из них руководили Рафаэль Мартин-Доменеч (Rafael Martín-Doménech) из Астробиологического центра в Мадриде и Виктор Ривилла (Víctor M. Rivilla) из INAF-астрофизической обсерватории в Арчетри во Флоренции, а другой – Нильс Лигтеринк (Niels Ligterink) из Лейденской обсерватории в Нидерландах и Одри Кутен (Audrey Coutens) из Университетского колледжа в Лондоне.

Метилизоцианат состоит из углерода, водорода, азота и кислорода, и имеет формулу CH₃NCO. Эта крайне ядовитая субстанция была главной причиной гибели тысяч людей во время трагической промышленной катастрофы в Бхопале (Индия) в 1984 году. Однако на ранних этапах возникновения жизни это вещество может играть важную роль, так как способно служить материалом для образования других органических молекул. В июле 2015 года ученые сообщили, что при приземлении посадочного модуля Philae на ядро кометы Чурюмова-Герасименко, приборы COSAC и Ptolemy обнаружили 16 органических соединений, четыре из которых впервые были отмечены на кометах, включая метилизоцианат. Но вблизи от молодых звезд солнечного типа метилизоцианат ранее не находили.

Поэтому обнаружение этого вещества в системе IRAS 16293-2422 стало очень важным открытием. IRAS 16293-2422 – кратная система очень молодых звезд, находящаяся на расстоянии около 400 световых лет от нас в большой области звездообразования Ро Змееносца. Новые результаты, полученные на ALMA, показывают, что облака метил-изоцианата окружают каждую из молодых звезд системы.

Область звездообразования Ро Змееносца
© NASA/JPL-Caltech/WISE Team

Интересно, что в 2012 году эта система уже исследовалась с телескопом ALMA, и тогда там были найдены молекулы еще одного «ингредиента жизни» – простого сахара гликольальдегида. «Эта звездная система продолжает делать нам подарки! Вслед за открытием сахаров мы теперь нашли там метилизоцианат. Это семейство органических молекул участвует в синтезе пептидов и аминокислот, которые в форме белковых соединений, составляют биологическую основу известной нам формы жизни», – объясняют Нильс Лигтеринк и Одри Кутен.

Возможности ALMA позволили обеим группам наблюдать молекулу в нескольких характеристических длинах волн радио-спектра. Группа Рафаэля Мартин-Доменеч использовала новые и архивные данные наблюдений протозвезды, полученные в широком диапазоне длин волн в полосах приемников ALMA 3, 4 и 6. Нильс Лигтеринк и его коллеги воспользовались данными выполненного на ALMA обзора PILS (Protostellar Interferometric Line Survey), целью которого было построение «химической карты» системы IRAS 16293-2422 на всем диапазоне длин волн полосы 7 ALMA в очень малых масштабах, эквивалентных размерам Солнечной системы.

Астрономы обнаружили уникальные линии химических соединений в теплых и плотных внутренних областях газо-пылевых коконов, окружающих звезды, находящиеся на самых ранних стадиях эволюции. Обе группы идентифицировали и выделили линии сложной органической молекулы метилизоцианата.

Для выявления химических соединений астрономы выполнили спектрографический анализ света протозвезды. Зарегистрированное количество – как говорят астрофизики, обилие – метилизоцианата по отношению к молекулярному водороду и другим маркерам сравнимо с значениями, определенными ранее для двух массивных протозвезд (внутри массивных горячих молекулярных ядер Orion KL и Sagittarius B2 North).

Затем ученые дополнили эти наблюдения компьютерным химическим моделированием и лабораторными экспериментами с целью добиться более ясного понимания происхождения этих молекул. Группа Мартин-Доменеч выполнила химическое моделирование образования зерен метил-изоцианата из газа. Наблюдаемое количество молекул можно объяснить химическими процессами на поверхности пылевых зерен в межзвездной среде, за которыми следуют химические реакции в газовой фазе. Более того, криогенными экспериментами в сверхвысоком вакууме, выполненными в своей лаборатории в Лейдене, группа Лигтеринка показала, что эта молекула может образовываться при крайне низких температурах в межзвездной среде: до 15 кельвинов (–258°C).

Нильс Лигтеринк в восторге от результатов лабораторных экспериментов: «Мало обнаружить молекулы, надо еще понять, как они образовались. Наши лабораторные эксперименты показывают, что метилизоцианат действительно может формироваться на ледяных частицах при очень низких температурах, близких к температуре межзвездной среды. А это значит, что эта молекула — а следовательно и основание пептидных связей — действительно, скорее всего, присутствует в окрестностях большинства молодых звезд солнечного типа».

Земля и другие планеты нашей Солнечной системы образовались из вещества, оставшегося после формирования Солнца. Поэтому изучение протозвезд солнечного типа может открыть для астрономов «окно в прошлое», позволив им наблюдать процессы, похожие на те, что 4.5 миллиарда лет назад привели к формированию нашей Солнечной системы.

Рафаэль Мартин-Доменеч и Виктор Ривилла, главные авторы одной из написанных в результате работы статей, говорят: «Полученный результат особенно интересен, так как эти протозвезды очень похожи на наше Солнце в самом начале его истории. Условия вокруг них благоприятны для образования планет размера Земли. Найдя там пребиотические молекулы, мы, возможно, получили еще один фрагмент мозаики, которую надо сложить, чтобы понять происхождение жизни на нашей планете».

Результаты исследований представлены в двух статьях: «First Detection of Methyl Isocyanate (CH3NCO) in a solar-type Protostar» R. Martín-Doménech et al. и «The ALMA-PILS survey: Detection of CH3NCO toward the low-mass protostar IRAS 16293-2422 and laboratory constraints on its formation», N. F. W. Ligterink et al. Обе работы публикуются в одном и том же выпуске журнала Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Источник: polit.ru