Астрохимики разгадали тайну «пропавшей» в космосе серы

Этот элемент — десятый по распространенности во Вселенной и один из важнейших «строительных блоков» для формирования планет, звезд и, вероятно, самой жизни

Астрохимики уже несколько десятилетий ломают голову над загадкой «недостающей серы» в космосе. Но при наблюдениях в плотных молекулярных облаках — областях, где рождаются звезды и планетные системы, — ученые находят серы в молекулярной форме в тысячи раз меньше, чем предсказывают теории.

Профессор химии Ральф Кайзер из Гавайского университета в Маноа объясняет:

«Количество серы в плотных облаках меньше прогнозируемого газового изобилия на три порядка»

Новое исследование проведенное учеными из Университета Миссисипи, опубликованное в журнале Nature, предлагает убедительное объяснение этой аномалии: сера вовсе не исчезла, а скрывается в виде сложных молекул внутри межзвездного льда, покрывающего микроскопические частицы пыли в холодных областях космоса.

Международная команда ученых, в которую вошли астрохимик Райан Фортенберри (Университет Миссисипи), Кайзер и химик-вычислитель Самер Гозем (Университет штата Джорджия), провела лабораторные эксперименты, моделирующие условия в глубоком космосе. Выяснилось, что атомы серы на поверхности ледяных пылин могут объединяться в две устойчивые формы:

• октасульфур — замкнутое кольцо из восьми атомов серы;
• полисульфан — цепочку атомов серы, соединенных атомами водорода.

Такие молекулы способны «запирать» серу в твердом состоянии. Это объясняет, почему телескопы, включая «Джеймс Уэбб», практически не фиксируют серу в космосе: их приборы ориентированы на поиск стабильных газообразных молекул с четкими спектральными сигнатурами. А сера ведет себя иначе — она постоянно меняет структуру, переходя от колец к цепям и обратно.

«Он никогда не поддерживает одну и ту же форму. Это похоже на вирус — он двигается и меняется», — образно описал Фортенберри.

Особенность этих молекул в том, что они могут оставаться незаметными миллионы лет, пока внешние условия не изменятся. В зонах активного звездообразования, где температура резко возрастает, ледяные оболочки на пылинках начинают сублимироваться — переходить из твердого состояния сразу в газообразное. Именно в этот момент захваченная в льду сера может высвободиться и стать заметной для наблюдений.

Теперь, когда исследователи определили конкретные формы серы, у астрономов появилась дорожная карта для дальнейших поисков. Кайзер отметил:

«Астрономы могут искать эти молекулы полисульфанов в межзвездной среде с помощью радиотелескопов, когда они сублимируются в газовую фазу в областях звездообразования. Такие наблюдения позволят напрямую подтвердить наличие скрытых запасов серы и уточнить химический состав межзвездного вещества»

Решение «серной загадки» важно не только для астрохимии. Оно помогает глубже понять химическую эволюцию галактик, условия формирования планет и возможные механизмы возникновения жизни. Ведь сера — ключевой элемент для биохимии, входящий, например, в состав аминокислот и ферментов. Теперь ученые знают, что значительная часть этого ресурса может быть надежно спрятана в ледяных глубинах космоса.