Аналіз унікальних спектральних «відбитків пальців» речовини довкола молодих зір дав змогу виявити «значні резервуари» складних органічних молекул, що потрібні для появи життя.
Доктор Джон Айлі (John Ilee), науковий співробітник Університету Лідса, який керував дослідженням, каже, що отримані результати свідчать — основні хімічні умови, які сприяли появі життя на Землі, можуть бути значною мірою поширені в Галактиці.
Складні органічні молекули ідентифіковані в протопланетних дисках, що обертаються навколо недавно сформованих зір. Схожий диск колись оточував молоде Сонце і з його речовини утворилися планети, які нині є Сонячній системі. Наявність молекул визначальна, бо вони є «сходинкою» між простішими молекулами на основі вуглецю, такими як окис вуглецю, що міститься в космосі у великій кількості, і більш складними молекулами, потрібними для зародження та підтримки життя.
Результати дослідження оприлюднив журнал Astrophysical Journal Supplement в статті, що є однією з 20 публікацій про велике міжнародне дослідження хімії утворення планет. Доктор Кетрін Волш (Catherine Walsh) з Школи фізики та астрономії була однією з п’яти співкерівників, які очолювали дослідження під назвою «Молекули з ALMA на масштабі формування планет» (Molecules with ALMA at Planet-forming Scales, MAPS) за допомогою Великої міліметрової/субміліметрової антени Атакама (Atacama Large Millimetre/submillimetre Array, ALMA) в Чилі.
Доктор Айлі та його наукова група, до складу якої входять астрофізики з 16 університетів по всьому світу, зосередили увагу на вивченні питання існування, розташування та кількості молекул-попередників, потрібних для формування життя. «Ці великі складні органічні молекули трапляються в різних середовищах по всьому космосу. Лабораторні та теоретичні дослідження показали: вони є “сировиною” для утворення за відповідних умов молекул — найважливіших компонентів біологічної хімії на Землі, зокрема цукрів, амінокислот і навіть компонентів рибонуклеїнової кислоти (РНК)», — сказав Айлі.
«Однак багато середовищ, де ми знаходимо ці складні органічні молекули, містяться досить далеко від тих місць, де, як ми вважаємо, можуть утворюватися планети. Ми хотіли зрозуміти ясніше, де саме і скільки цих молекул в місцях формування планет, тобто у протопланетних дисках».
ALMA — спостереження за хімією в далекому космосі
Дослідження стало можливим завдяки прогресу можливостей телескопа ALMA виявляти дуже слабкі сигнали від молекул у найхолодніших ділянках космосу. Понад 60 антен об’єднано в мережу, щоб ALMA мала змогу реєструвати сигнал від цих молекул. Кожна молекула випромінює світло на різних довжинах хвиль, створюючи унікальний спектральний «відбиток пальця». Ці відбитки дають можливість науковцям виявляти присутність молекул і досліджувати їх властивості.
Чотири протопланетних диска — GM Aur, AS 209, HD 163296, MWC 480 — спостерігали науковці в рамках виконання проєкта MAPS. У верхньому ряду показано викиди великих (розміром з міліметр) пилинок в дисках. Нижній рядок показує зображення, складене з трьох різнокольорових знімків, випромінювання великих органічних молекул HC3N (червоний), CH3CN (зелений) та c-C3H2 (синій) у кожному диску. Пунктирні кола радіусом 50 астрономічних одиниць показують масштаб ділянки, де утворюються комети, в Сонячній системі. Фото з сайту https://phys.org.
Доктор Волш пояснила: «Можливості ALMA дали нам змогу виміряти розподіл і склад речовини з якої відбувається активне формування планет біля сусідніх з Сонцем молодих зір. Телескоп досить потужний, щоб зробити це навіть для великих складних молекул, які є попередниками для життя».
Науковці шукали три молекули — ціаноацетилен (HC3N), ацетонітрил (CH3CN) та циклопропеніліден (c-C3H2) — у п’яти протопланетних дисках, відомих як IM Lup, GM Aur, AS 209, HD 163296 та MWC 480. Вони лежать від Землі на відстані від 300 до 500 світлових років. Є всі ознаки того, що всередині цих дисків відбувається формування планет.
Протопланетні диски живлять молоді планети
Протопланетний диск, що оточує молоду планету, «годуватиме» її речовиною у процесі формування цього небесного тіла. Наприклад, астрономи вважають, що молода Земля отримувала матеріал під час ударів астероїдів і комет, які утворилися в протопланетному диску навколо Сонця. Але науковці були непевні, чи всі протопланетні диски містять складні органічні молекули, здатні створювати біологічно значимі молекули.
Нове дослідження отримало перші відповіді на це питання. Виявлено молекули в чотирьох із п’яти спостережуваних дисків. Крім того, кількість молекул була більшою, ніж очікували вчені.
Доктор Айлі сказав: «ALMA дала нам змогу вперше шукати ці молекули в найглибших ділянках цих дисків в масштабах, співмірних із Сонячною системою. Наш аналіз показує, що молекули головно містяться в цих внутрішніх ділянках, а їх кількість у 10—100 разів вища, ніж передбачали моделі».
Важливо, що ділянки диска, де знаходяться молекули, також є місцем утворення астероїдів і комет. Доктор Айлі підкреслив, що ці процеси, схожі на ті, які, можливо, допомогли зародитися життю на Землі, також могли трапитися в цих дисках, де через бомбардування астероїди та комети переносять складні органічні молекули на новоутворені планети.
Доктор Волш додала: «Основний результат цієї роботи показує, що ті ж інгредієнти, які потрібні для зародження життя на нашій планеті, наявні також навколо інших зір. Можливо, молекули, потрібні для появи життя на планетах, є легкодоступними у всіх середовищах, де відбувається формування планет».
Одне з наступних питань, яке хочуть вивчити дослідники, — чи існують у протопланетних дисках ще складніші молекули? Доктор Айлі зауважив: «Якщо ми знаходимо такі молекули в такій великій кількості, наше сучасне розуміння міжзоряної хімії свідчить про те, що мають бути ще складніші молекули».
«Ми плануємо використовувати ALMA для пошуку наступних рівнів хімічної складності в цих дисках. Якщо ми їх виявимо, то будемо ще ближче до розуміння того, як сировинні компоненти життя можна зібрати навколо інших зір».
За інф. з сайту https://phys.org підготував Іван Крячко
