"Прародитель органики" в космосе: ученые обнаружили метил-катион в протопланетном диске

Международный коллектив планетологов обнаружил следы метил-катиона, положительно заряженного иона метана (CH3+), в скоплениях газа внутри протопланетного диска в созвездии Ориона. Это открытие подтвердило гипотезу о важной роли этих молекул в образовании "стройматериалов" будущих планет.

Как сообщают ученые в статье в журнале Nature, теоретики предполагали, что процесс формирования газообразной органики в межзвездной среде может быть запущен метил-катионом. Однако до настоящего времени его не удавалось обнаружить за пределами Солнечной системы. Проведенные наблюдения при помощи орбитального телескопа JWST показали, что CH3+ все же присутствует в протопланетном диске области звездообразования Ориона.

Открытие разнообразных органических молекул в космосе заставило ученых задуматься о том, как органика могла возникнуть в межзвездной среде без постоянного притока тепла и света. На роль ее прародителя уже более 40 лет претендует так называемый карбений, или метил-катион, представляющий собой молекулу метана, у которой был отнят один атом водорода.

Это очень нестабильное вещество, благодаря чему оно легко вступает в химические реакции даже при крайне низких температурах и при отсутствии источников ионизирующего излучения. Теоретики предполагают, что взаимодействия между метил-катионом, водой, азотом, углекислым газом и другими веществами, которые встречаются в космическом пространстве, привели к появлению того разнообразия органики, которое ученые сегодня наблюдают в космосе.

Поиски "прародителя органики"

Несмотря на большой интерес к метил-катиону, астрономам не удавалось обнаружить его следы в космосе за пределами Солнечной системы. Авторы новой работы впервые получили свидетельства его существования во время наблюдений за протопланетным диском d203-506 внутри туманности Ориона, в самой близкой к нам области звездообразования, удаленной от Земли на 1,35 тыс. световых лет.

Внутри этого диска, как предполагают астрономы, скрывается формирующаяся звезда, чья масса примерно в пять раз ниже, чем у Солнца. Яркое ультрафиолетовое излучение этого светила постепенно разрушает окружающий ее протопланетный диск, нагревает его и подсвечивает его окраины, что дало ученым возможность детально изучить его структуру и химический состав при помощи орбитального телескопа "Джеймс Уэбб" (JWST), выведенного на орбиту в декабре 2021 года.

Когда ученые начали анализировать инфракрасный спектр протопланетного диска, они обнаружили, что в этой газопылевой структуре присутствуют метил-катионы. Исследователи отмечают, что их нельзя спутать с другими веществами, так как все остальные органические и неорганические молекулы имеют иной рисунок спектральных линий поглощения и излучения.

Ученые предполагают, что присутствие ионов карбения внутри "горячей" части диска говорит о том, что они возникают в ходе длинной цепочки реакций, в которой участвуют молекулы водорода, ионы углерода и ультрафиолетовое излучение. Авторы исследования надеются, что последующие наблюдения за другими протопланетными дисками помогут подтвердить эту гипотезу и доказать, что CH3+ играет критически важную роль в формировании космической органики.