Космічний нафталін утворився в холодному міжзоряному просторі

Астрономи виявили за межами Землі несподівано багато різних органічних речовин, тобто складних сполук вуглецю. Значна частина позаземної органіки – це поліциклічні ароматичні вуглеводні (ПАВ) на кшталт нафталіну, фенантрену та їм подібних. Автори нового дослідження проаналізували зразки Мурчисонського метеорита й астероїда Рюгу і дійшли висновку, що багато ПАВ у їхньому складі виникли далеко від зірок, в умовах низьких температур.

Органічні сполуки – ті, що містять сполучені між собою в ланцюжки та кільця з атомів вуглецю – тривалий час вважали продуктом хімічних реакцій у живих істот. Це закріпилося в їхній назві, яка використовується донині. Потім виявилося, що органіка цілком може утворитися і без допомоги організмів. Ба більше, її чимало за межами нашої планети і навіть Сонячної системи. Астрономи помітили в космосі значні кількості доволі складних органічних речовин, включно зі спиртами й окремими компонентами ДНК або білків.

Автори нової статті в журналі Science зацікавилися одним із класів органічних сполук, які виявлено в космосі, – поліциклічними ароматичними вуглеводнями (ПАУ). Вони складаються всього з двох хімічних елементів – водню і вуглецю, що утворюють конденсовані (безпосередньо прилеглі одне до одного) ароматичні кільця.

На частку ПАУ припадає до 20 відсотків вуглецю міжзоряного простору, де трапляються такі представники цієї групи речовин, як нафталін (два конденсованих кільця), антрацен (три кільця в ряд) і, наприклад, утворений чотирма конденсованими кільцями пірен.

Фахівців з астрохімії зацікавило, в яких умовах виникають такі досить складні за структурою сполуки. З цією метою вони вивчили ізотопний склад вуглецю і водню зі зразків Мурчисонського метеорита (вуглецевий хондрит, що впав в Австралії 1969 року) і отриманих японським зондом “Хаябуса-2” проб навколоземного астероїда Рюгу. Для порівняння додатково описали склад згорілих рослинних залишків.

Вдалося з’ясувати, що ізотопний склад вуглецю в складі ПАУ небесних тіл помітно відрізняється від випадкового. У разі нафталіну, флуорантена і пірену з Рюгу і флуорантена Мурчинсонського метеорита відхилення оцінили в 9-51 проміле. Автори дослідження дійшли висновку, що ця складна органіка могла сформуватися у двох різко відмінних умовах.

Органіка астероїда Рюгу та її джерела / © S.S. Zeichner et al., 2023

Більша частина ПАУ з двома і чотирма конденсованими кільцями – нафталін, пірен і флуорантен – найімовірніше, утворилася за низьких температур (приблизно 10 градусів Кельвіна, або мінус 263,15 за Цельсієм). Це відповідає холодним областям на великій відстані від зірок, тобто в міжзоряному просторі.

Тим часом інші ПАВ (що мають три кільця, антрацен і фенантрен), мабуть, виявилися синтезованими або виникли під час хімічних перетворень інших органічних молекул за набагато вищої температури. Це могло статися поруч із зіркою або в якомусь космічному тілі, яке оберталося навколо неї.