Первая разветвленная молекула в космосе

Исследователи из Института радиоастрономии Макса Планка (Бонн, Германия), Центра радиофизики Корнелльского университета (США) и Физического института (Кельн, Германия) нашли еще одно подтверждение тому, что в межзвездном пространстве, казалось бы, холодном и безжизненном, встречаются сложные органические соединения. Ученые впервые обнаружили в космосе изопропилцианид, молекулу с разветвленной структурой («Science», 2014, 6204, 345, 1584—1587, doi: 10.1126/science.1256678). Известно, что такие молекулы — кирпичики для синтеза аминокислот, основы всей жизни на Земле. А значит, аминокислоты могли существовать в космосе задолго до того, как появились на нашей планете.

На сегодня в межзвездном пространстве обнаружено более 180 органических соединений. Если не считать аллотропной модификации углерода — фуллерена, имеющего циклическую структуру, —в основном это органические молекулы с прямой углеродной цепью. В метеоритах, найденных на Земле, нашли также более 80 аминокислот, по составу которых можно предположить, что они, или их предшественники, образовались в межзвездном пространстве. Сейчас понятно, что в межзвездном пространстве могут формироваться и разветвленные органические молекулы, а значит, астробиология сделала еще один шаг в понимании того, как возникла и развивалась жизнь во Вселенной.

Изопропилцианид обнаружили в газопылевом облаке Стрелец В2 (Sagittarius B2), находящемся в 26 000 световых лет от нашей планеты. В том же облаке пять лет назад ученые обнаружили пропилцианид с прямой углеродной цепью, этилформиат и аминоацетонитрил, который может быть предшественником простейшей аминокислоты — глицина; в обеих работах участвовала та же группа исследователей из Института Макса Планка, которая нашла изотиоцианид («Astronomy and Astrophysics», 2009, 499, 215–232, doi: 10.1051/0004-6361/200811550, 2008, 482, 179–196, doi: 10.1051/0004-6361:20079203). А еще раньше в этом газопылевом облаке были обнаружены молекулы водорода, гликолевого альдегида, этилового спирта, муравьиной и уксусной кислоты, формальдегида и этиленгликоля. И вот теперь — изопропилцианид, которого оказалось примерно в 2,5 раза меньше, чем его изомера с прямой цепью.

Почему нашли его только сейчас? Благодаря высокой разрешающей способности и чувствительности нового телескопа ALMA, находящегося в Чили. Химические соединения в космосе изучают с помощью спектрального анализа, который основан на регистрации спектров взаимодействия атомов и молекул с разным излучением. По набору спектральных линий можно опознать молекулу, как человека по его отпечаткам пальцев. Однако чтобы вычленить эти линии и их идентифицировать, нужны очень мощные радиотелескопы. По мере совершенствования техники ученые продвигаются вперед в селективном обнаружении органических молекул. Еще не так давно, у предыдущего поколения телескопов, спектры разветвленных молекул тонули в море спектральных линий, но с помощью телескопа ALMA исследователям удалось выполнить полный спектральный анализ облака Sagittarius B2 на длинах волн 2,7 и 3,6 мм.

Недавно ученые разработали теоретическую модель, которая демонстрирует, как именно образуются органические молекулы в межзвездном пространстве. Согласно этой модели, все начинается с холодной фазы: на пылевых частицах межзвездного пространства образуются ледяные покрытия, состоящие из простых атомов водорода, кислорода, углерода и азота. В следующей фазе молекулы адсорбируются на твердой поверхности, и при активном участии солнечного излучения происходит образование органических молекул. По этой модели получается, что образование вторичного пропильного радикала (предшественника изопропилцианида) — доминирующий процесс, а это означает, что сложные органические структуры в космическом пространстве совсем не редкость.

Открытие разветвленного изомера в газопылевом облаке Sagittarius B2 подтверждает тот факт, что химическая активность в межзвездном пространстве выше, чем в других областях космоса. Ученые надеются обнаружить следующий член ряда изонитрилов — бутилцианид, а также три его разветвленных изомера.