Ученые создали космическую пыль в лаборатории и приблизились к разгадке происхождения жизни

Исследователи из Сиднейского университета смогли в лабораторных условиях получить вещество, похожее на настоящую космическую пыль. Созданный материал содержит сложные соединения углерода, водорода, кислорода и азота — элементов, которые входят в состав многих органических молекул и считаются важнейшими строительными блоками жизни. Для проведения эксперимента ученые фактически воссоздали внутри стеклянных трубок небольшой фрагмент космической среды. Полученные результаты могут помочь понять, каким образом органические вещества формировались возле звезд, в остатках сверхновых и межзвездных облаках задолго до появления Земли. Работу провела аспирантка Школы физики Сиднейского университета Линда Лосурдо под руководством профессора Дэвида Маккензи.

Результаты исследования были опубликованы в научном издании The Astrophysical Journal. Космическая пыль представляет собой мельчайшие частицы, находящиеся между звездами, внутри газовых облаков, комет, астероидов и метеоритов. Несмотря на крошечные размеры, она играет значительную роль в эволюции галактик, образовании звезд и планет, а также в распространении сложных химических соединений по Вселенной. Особый интерес для ученых представляют так называемые CHON-молекулы, содержащие углерод, водород, кислород и азот. Именно эти элементы лежат в основе большинства известных органических веществ. Однако до сих пор остается неясным, где и при каких условиях впервые появились достаточно сложные соединения, которые впоследствии могли участвовать в зарождении жизни. В ходе эксперимента исследователи сначала откачали воздух из стеклянных трубок при помощи вакуумного насоса. Это позволило создать среду, приближенную к почти полной пустоте космического пространства.

Затем внутрь добавили смесь азота, углекислого газа и ацетилена. После этого газы приблизительно в течение часа подвергались воздействию электрического напряжения около 10 тысяч вольт. Мощный электрический разряд превратил смесь в плазму и запустил цепочку химических реакций. Под воздействием энергии исходные молекулы распадались на отдельные фрагменты. Затем эти частицы соединялись между собой в новых комбинациях, формируя более крупные и сложные структуры. Постепенно внутри трубок появился тонкий слой богатой углеродом пыли, который оседал на размещенных там кремниевых пластинах. Некоторые частицы внешне напоминали блестящие фрагменты космического вещества. Однако главным доказательством сходства стали не внешний вид и цвет, а их спектральные характеристики. Астрономы определяют химический состав космической пыли по инфракрасному излучению.

Разные молекулы поглощают и испускают свет на определенных длинах волн, образуя уникальные спектральные сигналы, которые можно сравнить с отпечатками пальцев. Лабораторные образцы показали инфракрасные характеристики, сходные с сигналами, которые астрономы наблюдают у реальной космической пыли. Это означает, что созданная установка достаточно точно воспроизводит некоторые процессы, происходящие возле звезд и в межзвездном пространстве. По словам Линды Лосурдо, теперь ученым необязательно ждать приближения к Земле очередного астероида или кометы, чтобы изучать историю их вещества. Аналогичные материалы можно получать в лаборатории, изменять условия эксперимента и наблюдать, как температура, энергия частиц и состав газа влияют на формирование органических соединений.

Такие исследования напрямую связаны с одним из главных вопросов современной науки — происхождением жизни на Земле. Неизвестно, сформировались ли первые органические молекулы непосредственно на молодой планете или значительная их часть была доставлена из космоса. В период примерно от 4,56 до 3,5 миллиарда лет назад Земля подвергалась интенсивной бомбардировке астероидами, кометами, метеоритами и частицами межпланетной пыли. Вместе с ними на поверхность планеты могло попасть огромное количество углеродсодержащих веществ. Однако происхождение этого материала остается предметом дискуссий.

Ученые предполагают, что соединения углерода и водорода могли формироваться во внешних оболочках старых звезд, во время взрывов сверхновых, а также в холодной межзвездной среде. Затем они становились частью пылевых облаков, из которых позднее возникали новые звезды, планеты и малые космические тела. Новый эксперимент позволяет изучать конкретные химические реакции, способные объединять элементы CHON в сложные органические структуры. Исследователи смогут постепенно изменять состав газов, напряжение, температуру и интенсивность столкновений частиц, наблюдая, какие вещества образуются при разных условиях. Созданная в лаборатории пыль также поможет расшифровывать историю метеоритов и астероидов. Их химический состав хранит сведения о температуре, радиации и энергетических воздействиях, которым они подвергались во время путешествия по космосу. Следующим этапом работы должно стать создание подробной базы инфракрасных спектров различных видов искусственной космической пыли.

Астрономы смогут сравнивать эти данные с наблюдениями областей звездообразования, межзвездных облаков и остатков погибших звезд. Совпадение спектральных сигналов позволит определить, где именно сформировался тот или иной тип вещества и какие физические процессы происходили в этой части космоса. Исследование не доказывает, что жизнь возникла в космической пыли. Однако оно демонстрирует, что сложная органическая химия могла начаться задолго до формирования Земли. Кометы, астероиды и метеориты могли впоследствии доставить готовые органические компоненты на молодую планету, создав условия для дальнейшего усложнения молекул и появления первых форм жизни.

• Марсоход Curiosity обнаружил на Марсе загадочные структуры, похожие на пчелиные соты
• Российский «Союз» доставил астронавта НАСА и двух космонавтов на Международную космическую станцию
• Астрономы впервые обнаружили возможный «шёпот» всех сверхновых в истории Вселенной
• Китай впервые успешно вернул ступень орбитальной ракеты во время запуска
• Hayabusa2 передал снимки редкого астероида Торифуне
• Странный сигнал LIGO может указать на связь между черными дырами и темной материей
• У черных дыр могут рождаться миллионы планет
• SpaceX вывела на орбиту еще 24 спутника Starlink