6 Minutės
Įsivaizduokite cukraus kubelio dydžio atomų žiedą, susiformavusį šalčio ir tamsos sąlygomis, plaukiantį per debesį, kuriame vieną dieną gimsta žvaigždės. Šis vaizdas staiga tampa nebe toks išgalvotas: astronomai aptiko thiepiną, šešių narių sieros žiedą (2,5‑cikloheksadien‑1‑tionas, C6H6S), plūduriuojantį tarpžvaigždiniame debesyje netoli Paukščių Tako centro.
Mokslininkai iš Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics (MPE) ir CSIC‑INTA Centro de Astrobiología (CAB) tyrinėjo tankų molekulinį debesis, žinomą kaip G+0.693–0.027, esantį maždaug už 27 000 šviesmečių. Rasti duomenys pakeičia cheminių komponentų sąrašą regionams, kurie galiausiai formuoja planetines sistemas: aptikta 13 atomų turinti, žiedinė sieros organinė junginys, anksčiau tarpžvaigždinėje erdvėje nematyta. Šis atradimas išplečia mūsų supratimą apie tarpžvaigždinę chemiją, sieros organines molekules ir prebiotinių medžiagų kilmę.
Mokslininkai aptiko pirmąjį šešių narių sieros žiedą tarpžvaigždiniame debesyje.
Atradimas ir aptikimas
Kaip įrodyti kažką tokio mažo egzistuojant tūkstančius šviesmečių nuo Žemės? Pirmiausia – pagaminti ir matuoti tai laboratorijoje. Laboratorijoje tyrėjai skystą tiofenolį (C6H5SH) paveikė 1 000 voltų elektros iškrova, gavę daugybę cheminių reakcijos produktų. Pasitelkus specialiai pritaikytą spektrometrą buvo užregistruotas unikalus thiepino radijo dažnių „pirštų atspaudas“ (rotacinė‑spektrinė linija), kuris tapo referenciniu modeliu tolimesniems palydovinių ir žemės stebėjimų palyginimams. Tokie laboratoriniai simuliuojami procesai atkuria energijos įvedimą, kurį molekulės gali patirti tarpžvaigždinėje terpėje: šoko bangos, kosminės spinduliuotės ar elektros iškrovų poveikį.
Turėdami tą unikalų spektrinį parašą, astronomai peržiūrėjo radijo teleskopų duomenis iš Ispanijos IRAM 30‑metrų ir Yebes 40‑metrų observatorijų. Ten jie rado atitikimą: molekuliniame debesyje užregistruotos emisijos linijos sutapo su laboratorine thiepino spektrine „parašo“ pozicija ir intensyvumu, atsižvelgiant į galimus Doplerio nuokrypius bei debesies fizines sąlygas. Tokių linijų sutapimas veikia kaip griežtas įrodymas — molekulė identifikuojama ne pagal matomą šviesą, o pagal tai, kaip ji vibruodama arba sukdamasi modifikuoja radijo bangų spektrą.
Anksčiau interstelinė sieros chemija buvo fiksuota daugiausia gana mažoms rūšims — molekulėms iš šešių ar mažiau atomų, pavyzdžiui, H2S, SO, CS ar OCS. Tuo tarpu meteoritų ir kometų mėginiai atskleidžia žymiai įvairesnę sieros turinčią organiką. Thiepiną aptikimas užpildo dalį šios spragos: struktūriškai jis primena junginius, randamus primityviose Saulės sistemos medžiagose, kas rodo, kad sudėtingesnės organinės molekulės gali formuotis daug anksčiau nei susiformuoja žvaigždės ar planetos. Tai taip pat leidžia susidaryti hipotezę apie tarpžvaigždinę cheminę evoliuciją, kuri ruošia „biocheminę dirvą“ vėlesniam organinių molekulių atgabenimui į planetas.
Techniniu požiūriu šis atradimas remiasi rotacinės spektroskopijos principu: kintanti molekulės rotacija sukuria labai specifines radijo dažnių linijas. Laboratorijoje užregistruotas spektras leidžia nuspėti, kuriose dažnio juostose ir kokiu santykiniu intensyvumu turėtų pasirodyti thiepino linijos tarpžvaigždinėje erdvėje, net kai linijos susilieja su kitų molekulių signalu (linijų maišymasis) arba kai jas slopina didelis foninis triukšmas. Todėl identifikacija reikalauja tiek aukštos kokybės laboratorinių duomenų, tiek jautrių ir ilgalaikių astronominių stebėjimų.
Vanduo planetų formavimosi diske aplink žvaigždę V883 Orionis (meninis vaizdas)
Kodėl tai svarbu
Kodėl reikėtų domėtis vienu molekulės atradimu? Chemija yra tarsi pokalbis: nauja rūšis išplečia tos kalbos gramatiką ir verčia peržiūrėti teorijas, kaip formuojasi gyvybės statybinės dalelės. Jei žiedinė sieros molekulė gali egzistuoti šaltame, bežvaigždžiame debesyje, vadinasi, biologiškai svarbios cheminių reakcijų pradinės medžiagos gali atsirasti anksčiau ir plačiau, nei dauguma modelių iki šiol numatė. Tai turi tiesioginių pasekmių supratimo: nuo to, kaip cheminės medžiagos kaupiasi molekuliniuose debesyse iki to, kaip jos yra perduodamos į besiformuojančias planetas per kometas ir meteoritus.
Pirmasis autorius Mitsunori Araki ir kolegos apibūdina aptikimą kaip pirmą aiškų ir neabejotiną kompleksiškesnio sieros turinčio žiedo identifikavimą tarpžvaigzdiniame terpėje. Bendraautorius Valerio Lattanzi pabrėžia, kad molekulė, panaši į tas, kurios randamos kometose, jau egzistuoja jauname, bežvaigždžiame debesyje — tai yra cheminis pagrindas, kuris atsirado dar prieš žvaigždžių formavimąsi. Tokie pastebėjimai sudaro stipresnį argumentą už idėją, kad prebiotinė (gyvybei palanki) chemija nėra izoliuotas reiškinys, o sudėtinė tarpžvaigždinės medžiagos dalis.
Iš laboratorinių ir stebėjimų tyrimų susidaro platesnė mokslo panorama: neseniai atlikti eksperimentai parodė, kad peptidiniai junginiai gali spontaniškai formuotis esant kosminėms sąlygoms imituojančioms aplinkoms (žemos temperatūros, ultravioletinė spinduliuotė, kosminiai spinduliai). Tai patvirtina hipotezę, kad prebiotinės reakcijos gali būti įpinamos į pačią molekulinių debesų struktūrą ir vėliau pristatomos į jaunąsias planetines sistemas kaip jau paruoštos sudedamosios dalys. Kitaip tariant, „cheminis paveldas“ iš tarpžvaigždinės terpės gali formuoti pradines medžiagas, reikalingas gyvenimo kilmei vėlesniame evoliucijos etape.
Konkretūs mechanizmai, kuriais thiepiną ir panašios kompleksinės sieros molekulės gali susidaryti, apima tiek dujų fazės reakcijas, tiek paviršiaus katalizę ant dulkių grūdelių: atomai ir paprastesnės molekulės adsorbuojasi ant šaltų dulkinių paviršių, kur ultravioletinė šviesa arba energetiniai dalelės sukelia rekombinacijas ir izomerizacijas, vedančias link sudėtingesnių struktūrų. Kiti keliai gali būti susiję su šoko bangų įtaka regionuose aplink susiformavusias žvaigždes ar su termiškai aktyvuotomis procesų grandinėmis tam tikruose debesų sluoksniuose. Nustatyti, kurie iš šių kelių dominuoja, padės tolesni laboratoriniai eksperimentai bei detalios astrocheminės modelizacijos.
Iš karto keli tolimesni darbai yra aiškūs: sistemingai ieškoti panašių sieros žiedų kituose turtinguose molekuliniuose debesyse, praplėsti laboratorinę spektroskopiją aprėpti galimus thiepino artimuosius giminaičius (izomerus ir paternus su papildomomis funkcijomis), bei integruoti atradimą į astrocheminius modelius, kurie simuliuoja cheminę evoliuciją nuo debesies iki planetos. Jei tokie ieškojimai bus sėkmingi, mūsų tarpžvaigždinių organikų katalogas sparčiai augs, kartu gilėjant supratimui apie tai, kaip gyvybės ingredientai keliauja iš kosmoso į planetas.
Toks atradimas neatsako į visus klausimus — jis kelia naujus. Kur dar slepiasi sudėtingos sieros molekulės, kurios dar nepastebėtos dėl silpnų linijų ar linijų maišymosi? Kiek papildomų tarpžvaigzdinių žingsnių skiria paprastus dujų komponentus nuo cheminių sistemų, kurios gali uždegti biologiją? Atsakymams reikės plataus masto stebėjimų, naujos kartos instrumentų jautrumo ir tolesnių tarpdalykinių darbų tarp spektroskopijos, laboratorinės chemijos ir astrofizikos. Paieška tik prasidėjo, ir kiekvienas naujas atradimas pildo mūsų žinių lentyną — nuo molekulių katalogo iki galimų gyvybės kilmės scenarijų.
Šaltinis: sciencealert
Palikite komentarą