Max Home IndustryУченые обнаружили огромный, ранее неизвестный резервуар нового ароматического материала в холодном темном молекулярном облаке, впервые обнаружив отдельные молекулы полициклических ароматических углеводородов в межзвездной среде, и тем самым начинают отвечать на три вопроса. Научная загадка десятилетней давности: как и где эти молекулы образуются в космосе?
«Мы всегда думали, что полициклические ароматические углеводороды в основном образуются в атмосферах умирающих звезд», — сказал Бретт Макгуайр, доцент кафедры химии Массачусетского технологического института и главный исследователь проекта GOTHAM или Green Bank Telescope ( GBT) Наблюдения за TMC-1: поиск ароматических молекул. «В этом исследовании мы обнаружили их в холодных темных облаках, где звезды еще даже не начали формироваться».
Ароматические молекулы и ПАУ — сокращение от полициклических ароматических углеводородов — хорошо известны ученым. Ароматические молекулы присутствуют в химическом составе человека и других животных, а также содержатся в продуктах питания и лекарствах. Кроме того, ПАУ представляют собой загрязнители, образующиеся при сжигании многих ископаемых видов топлива, и даже входят в число канцерогенов, образующихся при обугливании овощей и мяса при высоких температурах. «Считается, что полициклические ароматические углеводороды содержат до 25 процентов углерода во Вселенной», — сказал МакГуайр, который также является научным сотрудником Центра астрофизики | Гарвард и Смитсоновский институт (CfA). «Теперь, впервые, у нас есть прямое окно в их химию, которое позволит нам подробно изучить, как этот массивный резервуар углерода реагирует и эволюционирует в процессе образования звезд и планет».
Ученые подозревали присутствие ПАУ в космосе с 1980-х годов, но новое исследование, подробно описанное в девяти статьях, опубликованных за последние семь месяцев, является первым убедительным доказательством их существования в молекулярных облаках. Чтобы найти неуловимые молекулы, команда сфокусировала 100-метровый гигантский радиоастрономический GBT на Молекулярном облаке Тельца, или TMC-1 — большом до звездном облаке пыли и газа, расположенном примерно в 450 световых годах от Земли, которое когда-нибудь исчезнет. коллапсирует в себя, образуя звезды, и то, что они обнаружили, было поразительным: не только принятые научные модели были неверными, но и в TMC-1 происходило гораздо больше, чем команда могла вообразить.
«На протяжении десятилетий предыдущего моделирования мы полагали, что достаточно хорошо разбираемся в химии молекулярных облаков», — сказал Майкл Маккарти, астрохимик и исполняющий обязанности заместителя директора CfA, исследовательская группа которого провела точные лабораторные измерения, которые позволили многие из этих астрономических открытий должны быть установлены с уверенностью. «Эти новые астрономические наблюдения показывают, что эти молекулы не только присутствуют в молекулярных облаках, но и в количествах, которые на несколько порядков выше, чем предсказывают стандартные модели».
МакГуайр добавил, что предыдущие исследования показали только наличие молекул ПАУ, но не конкретные. «В течение последних 30 лет или около того ученые наблюдали объемную сигнатуру этих молекул в нашей галактике и других галактиках в инфракрасном диапазоне, но мы не смогли увидеть, какие отдельные молекулы составляют эту массу. С добавлением радиоастрономии, вместо того, чтобы видеть эту большую массу, которую мы не можем различить, мы видим отдельные молекулы «.
К их большому удивлению, команда не обнаружила только одну новую молекулу, скрывающуюся в TMC-1. Подробно в нескольких статьях, команда наблюдала 1-цианонафталин, 1-циано-циклопентадиен, HC11N, 2-цианонафталин, винилцианоацетилен, 2-циано-циклопентадиен, бензонитрил, транс- (E) -циановинилацетилен, HC4NC и пропаргилен. «Это все равно, что зайти в бутик и просто просмотреть инвентарь на входе, даже не зная, что там есть подсобка. Мы собираем маленькие молекулы около 50 лет, и теперь мы обнаружили, что есть черный ход. Когда мы открыли эту дверь и заглянули внутрь, мы обнаружили этот гигантский склад молекул и химии, которого мы не ожидали », — сказал МакГуайр. «Вот оно, все время, таится за пределами того места, где мы смотрели раньше»
МакГуайр и другие ученые проекта GOTHAM «охотились» за молекулами в TMC-1 в течение более двух лет после того, как МакГуайр впервые обнаружил бензонитрил в 2018 году. Результаты последних наблюдений проекта могут иметь разветвления в астрофизике. долгие годы. «Мы наткнулись на совершенно новый набор молекул, в отличие от всего, что мы могли обнаружить ранее, и это полностью изменит наше понимание того, как эти молекулы взаимодействуют друг с другом. Это имеет последующие ответвления», — сказал МакГуайр. добавив, что со временем эти молекулы вырастают настолько, что начинают собираться в зародыши межзвездной пыли. «Когда эти молекулы станут достаточно большими, чтобы стать зародышами межзвездной пыли, у них появится возможность влиять на состав астероидов, комет и планет, поверхности, на которых образуется лед, и, возможно, в свою очередь, даже на места, где находятся планеты. образуются в звездных системах «.
Открытие новых молекул в TMC-1 также имеет значение для астрохимии, и, хотя у команды еще нет всех ответов, разветвления здесь тоже будут длиться десятилетия. «Мы перешли от одномерной углеродной химии, которую очень легко обнаружить, к реальной органической химии в космосе в том смысле, что недавно обнаруженные молекулы — это те молекулы, которые химик знает и распознает и может производить на Земле», — сказал Маккарти. «И это только верхушка айсберга. Были ли эти органические молекулы синтезированы или транспортированы туда, они существуют, и одно только это знание является фундаментальным достижением в этой области».
Перед запуском GOTHAM в 2018 году ученые каталогизировали около 200 отдельных молекул межзвездной среды Млечного Пути. Эти новые открытия побудили команду задуматься, и это правильно, о том, что же там происходит. «Самое удивительное в этих наблюдениях, в этом открытии и в этих молекулах то, что никто не смотрел или не искал достаточно пристального внимания», — сказал Маккарти. «Это заставляет задуматься, что еще мы еще не искали».
Этот новый химический состав ароматических соединений, обнаруженный учеными, не изолирован от TMC-1. Сопутствующее исследование GOTHAM, известное как ARKHAM — A Rigorous K / Ka-Band Survey Hunting for Aromatic Molecules — недавно обнаружило бензонитрил в нескольких дополнительных объектах. «Невероятно, но мы обнаружили бензонитрил в каждом из первых четырех объектов, наблюдаемых ARKHAM», — сказал Эндрю Буркхардт, научный сотрудник CfA и один из главных исследователей GOTHAM. «Это важно, потому что, хотя GOTHAM раздвигает границы того, что химия, которую мы считали возможной в космосе, эти открытия подразумевают, что то, что мы узнаем в TMC-1 об ароматических молекулах, может быть широко применено к темным облакам где угодно. Эти темные облака являются изначальные места рождения звезд и планет. Таким образом, об этих ранее невидимых ароматических молекулах также нужно будет думать на каждом последующем этапе на пути к созданию звезд, планет и солнечных систем, подобных нашей ».