Научный коллектив Лаборатории астрохимических исследований Уральского федерального университета обнаружили в межзвездных льдах закись азота (N₂O), известную как «веселящий газ». Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (проект № 23-12-00315), опубликованы в престижном международном журнале Astronomy and Astrophysics.
Суть исследования
Ученые проанализировали данные наблюдений за 50 протозвёздами — объектами на ранней стадии формирования звёзд. В 16 из них в ледяных мантиях межзвездной пыли была обнаружена молекула N₂O, причём её содержание варьировалось от 0,2% до 2,1% относительно льда из монооксида углерода (СО).
«Обнаружение закиси азота в более чем десятке протозвёзд означает, что эта молекула широко распространена в межзвездных льдах, а наша работа — первое уверенное обнаружение ледяного N₂O», — комментирует лаборант-исследователь Варвара Картеева.
Молекула N₂O стала девятой достоверно идентифицированной молекулой в твёрдой фазе межзвездной среды (льдах). До этого в ледяных мантиях было известно лишь восемь молекул.
Методология и инструменты
Ключом к успеху стало сочетание данных космического телескопа «Джеймс Уэбб», полученных в 2024 году, и уникальных лабораторных экспериментов.
«Мы использовали спектры аналогов межзвездных льдов, выращенных на нашей лабораторной установке ISEAge, чтобы интерпретировать результаты, полученные телескопом Джеймса Уэбба. При помощи полученных в лаборатории спектров удалось выполнить анализ наблюдений межзвездных облаков и уверенно обнаружить N₂O во льдах», — поясняет заведующий лабораторией Антон Васюнин.
Также в ходе работы было заявлено о предварительном обнаружении в межзвездных льдах ещё одной молекулы — изоциановой кислоты (HNCO).
Изображения протозвезд в инфракрасном диапазоне.
Почему это важно для науки?
Открытие закиси азота в космосе имеет фундаментальное значение для понимания происхождения жизни.
«Молекула закиси азота легче вступает в реакции при низкой температуре, чем, например, молекулярный азот (N₂), и может участвовать в химии более сложных азотсодержащих молекул, включая аминокислоты, необходимые для строительства белков, основы для живых организмов», — отмечает Варвара Картеева.
Антон Васюнин добавляет:
«Считается, что реакции в газовой фазе межзвездных облаков, скорее всего, не приводят к образованию сложных органических молекул. Со льдом ситуация другая: поверхность льда своего рода каталитическая. Поверхностные реакции могут быть более эффективны в образовании ряда химических соединений... Также вероятно, что на поверхности планет легче попасть веществу из межзвездного льда, а не из разреженного межпланетного газа. Грубо говоря, ледяное ядро кометы может упасть и принести на молодую планету достаточно много органического материала».
География открытия и дальнейшие задачи
Примечательно, что восемь из 16 протозвезд с обнаруженным N₂O находятся в области звездообразования Орион А. Учёные предполагают, что это может указывать на важную роль ультрафиолетового излучения в образовании закиси азота, так как Орион А отличается высокой интенсивностью УФ-фона. Однако точные механизмы образования N₂O в космических льдах ещё предстоит установить.
Работа лаборатории продолжается, и мы намерены дальше исследовать химический состав межзвездных льдов, чтобы лучше понять процессы, которые могли привести к появлению строительных блоков жизни на Земле и других планетах.
