Ученые обнаружили сложные органические молекулы — прямые предшественники сахаров и аминокислот, включая этиленгликоль и гликолонитрил, — непосредственно в протопланетном диске звезды V883 Orionis. Это открытие стало недостающим звеном, подтверждающим общую закономерность: количество и сложность органических молекул возрастают по мере перехода от стадии звездообразования к окончательно сформировавшимся системам планет. Это позволяет предположить, что ключевые «ингредиенты», необходимые для зарождения жизни, накапливаются в космическом пространстве еще до рождения планет и могут быть широко распространены во Вселенной. Исследование опубликовано в Astrophysical Journal Letters.
Долгое время ученые пытались понять, где и как образуются сложные органические молекулы — строительные блоки жизни, такие как аминокислоты и нуклеотиды. Ранее их находили в регионах звездо- и планетообразования, однако подробности химических процессов оставались загадкой. Долгое время среди астрономов господствовала так называемая гипотеза «химического ресета»: мощные вспышки и ударные волны, сопровождающие рождение звезды из протозвезды, должны были разрушить большую часть ранее собранной сложной химии. Считалось, что сложные соединения для жизни должны были заново синтезироваться позже, уже в протопланетных дисках, во время формирования комет, астероидов и планет. Поиск сложных органических молекул в дисках был осложнен тем, что они часто «заточены» в ледяных частицах пыли.
С помощью ALMA (Атакамской большой антенной решетки миллимитрового диапазона) в Чили, международная команда ученых целенаправленно исследовала протопланетный диск вокруг звезды V883 Orionis, расположенной на расстоянии около 1300 световых лет от Земли. Эта звезда переживает фазу интенсивных вспышек аккреции, когда падающее на нее вещество диска разогревается и высвобождает огромное количество энергии. Особое значение для работы имело то, что эти вспышки разогрели внутренние области диска до температур, достаточных для испарения льда даже в обычно холодных внешних зонах, где летучие газы обычно находятся в замороженном состоянии. Благодаря этому высвобождаются ранее скрытые от наблюдения молекулы, становясь видимыми для ALMA, которая специализируется на детектировании излучения молекул в радиодиапазоне. «Сложные молекулы, включая этиленгликоль и гликолонитрил, излучают на радиочастотах. ALMA идеально подходит для обнаружения этих сигналов», — объяснил соавтор исследования Камбер Шварц из Института астрономии Общества Макса Планка.
Тщательный анализ спектров ALMA позволил ученым напрямую детектировать 17 различных сложных органических молекул в диске V883 Orionis. Среди них — впервые обнаруженные в составе протопланетного диска молекулы этиленгликоля и гликолонитрила. Последний имеет особое значение, так как является прямым химическим предшественником аминокислот глицина и аланина, а также азотистого основания аденина — незаменимой составляющей цепей ДНК и РНК. Также было отмечено присутствие молекул вроде пропионитрила (этилцианида) и ацетонитрила (метилцианида). Сравнение с предыдущими данными обозначило явную тенденцию: обилие и сложность органических молекул последовательно возрастают, начиная от стадии межзвездных облаков и заканчивая стадией формирования систем планет.
Открытие кардинально меняет представления о природе пребиотических молекул в космическом пространстве. Оно опровергает сценарий «химического ресета» и доказывает, что протопланетные диски не разрушают, а наследуют и несут в себе сложную органику, сформировавшуюся на более ранних стадиях звездообразования. «Теперь кажется, что верно обратное, — указал Камбер Шварц. — Наши результаты свидетельствуют о том, что протопланетные диски наследуют сложные молекулы от более ранних стадий, и формирование сложных молекул может продолжаться и на стадии протопланетного диска». Более того, период между бурной протозвездной фазой и образованием протопланетного диска был бы сам по себе слишком коротким для синтеза сложных органических молекул в наблюдаемых количествах. Ведущий автор Абубакар Фадул резюмировал: «Наше открытие указывает на прямую связь между химическим обогащением и усложнением межзвездных облаков и полностью сформировавшихся планетных систем». Это означает, что фундаментальные условия для возникновения биологических процессов — наличие сложных органических прекурсоров — могут быть широко распространены в Галактике, а не ограничиваться отдельными системами планет.
Хотя открытие целого разнообразия сложных органических молекул, включая ключевые прекурсоры аминокислот и азотистых оснований, само по себе революционно, ученые видят перспективы для дальнейших исследований. Так, часть спектральных сигналов в данных ALMA еще не идентифицирована. Кроме того, поиск более сложных молекул, таких как сами аминокислоты или сахара, в протопланетных дисках может стать следующей задачей, приближающей нас к пониманию того, насколько распространены во Вселенной химические пути, ведущие к зарождению жизни.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
