Научная лаборатория астрохимических исследований (ранее — лаборатория астрохимии и внеземной физики) при Кафедре астрономии, геодезии, экологии и мониторинга окружающей среды создана в августе 2018 г. В лаборатории выполняются экспериментальные, теоретические и наблюдательные исследования химической эволюции различных объектов межзвездной среды: от диффузных облаков до протопланетных дисков. Лаборатория располагает собственной экспериментальной базой, оснащенной уникальными для России сверхвысоковакуумными криогенными установками для исследования аналогов межзвездных льдов. Сотрудниками лаборатории разработаны получившие признание в мировом астрохимическом сообществе коды для численного моделирования эволюции молекулярного состава межзвездной среды.

Получен ряд важных теоретических результатов, среди которых сценарий образования сложных органических молекул земного типа в холодном (10 К) межзвездном газе, исследование влияния стохастических эффектов на химическую эволюцию межзвездной среды, исследование величин неточностей астрохимического моделирования. Наряду с теоретическими работами, сотрудники лаборатории выполняют наблюдательные исследования физико-химических свойств областей звездообразования с использованием ведущих мировых телескопов (IRAM 30-m, NOEMA, ALMA и других). Исследования в лаборатории проводятся в тесном взаимодействии как с российскими коллегами из вузов и институтов РАН, так и с зарубежными учеными.

Высокий уровень и востребованность исследований, проводимых в лаборатории, подтверждается их фондопривлекательностью: за последние годы выиграны гранты Президента России, РФФИ и РНФ, проект Минобрнауки по созданию молодежной лаборатории. Вместе с научной деятельностью, лаборатория активно участвует в образовательном процессе. Сотрудники лаборатории читают спецкурсы на КАГЭиМОС, вовлекают в научную работу студентов, магистрантов и аспирантов, руководят курсовыми и квалификационными работами.

Лаборатория астрохимических исследований УрФУ

Суть большинства экспериментов заключается в получении ИК-спектров, для которых в дальнейшем будут проводиться сравнения со спектрами, полученными с космических аппаратов. Эти данные необходимы для изучения физических и химических процессов, происходящих в лабораторных льдах. Результаты исследований сравниваются с данными, полученными от реальных льдов.

Молекулы депозитируются на охлажденную германиевую подложку параллельно со съемкой спектра: таким образом фиксируются все стадии формирования льда и наблюдаются изменения форм полос поглощения в зависимости от количества молекул на луче зрения ИК-спектрометра. Чистота напыляемых веществ контролируется с помощью квадрупольного масс-спектрометра. Он применяется также для определения давлений, при которых должна проводиться депозиция. Исходя из показаний спектрометров можно определить примерную толщину льда и количество молекул, лежащих на пути пучка инфракрасного света.

ИК-спектроскопия пропускания чистых и многокомпонентных льдов

Другим вариантом экспериментов является десорбция с программированием температуры (TPD) — при этом происходит постепенное нагревание подложки и, соответственно, испарение с ее поверхности молекул. В ходе такого исследования становится возможным определение энергии адсорбции и межмолекулярного взаимодействия веществ. Кроме того, в ходе TPD-экспериментов на основе показаний обоих спектрометров могут быть изучены зависимости ИК-спектров от температуры, кинетика химических реакций и фазовых переходов во льдах.

TPD-эксперименты с чистыми и многокомпонентными льдами