Открыт секрет образования макромолекул в протопланетных дисках: исследование объясняет происхождение строительных блоков жизни
Международная исследовательская группа под руководством Бернского университета представила новое объяснение тому, как макромолекулы могут образовываться в дисках газа и пыли вокруг молодых звёзд за короткое время. Результаты исследования, опубликованные в журнале Nature Astronomy, могут иметь решающее значение для понимания развития обитаемости экзопланет вокруг различных типов звёзд.
Органические макромолекулы считаются строительными блоками жизни, поскольку они играют ключевую роль в формировании благоприятного для жизни состава углерода и азота на Земле. Ранее планетологи предполагали, что эти макромолекулы были доставлены хондритами, из которых примерно 4,6 миллиарда лет назад образовалась Земля. Однако вопрос о том, как образовались макромолекулы, присутствующие в этих скоплениях гальки, оставался открытым.
Исследователи под руководством Нильса Лигтеринка предлагают объяснение этому феномену. Они объединили в своей модели два уже известных явления: накопление пыли и льда в протопланетном диске и образование сложных молекул под воздействием сильного облучения, например, звёздного света.
Первое явление заключается в том, что в пылевом диске, вращающемся вокруг молодой звезды, есть области, где накапливаются пыль и лёд. В такой пылевой или ледяной ловушке пыль не остаётся неподвижной, а движется вверх и вниз, в результате происходят важные механизмы формирования так называемых планетезималей, предшественников и строительных блоков для планет.
Второе явление связано с сильным облучением, например, звёздным светом, простых смесей льда. Лабораторные исследования показали, что очень сложные молекулы размером в сотни атомов могут быть образованы облучением. Эти молекулы содержат в основном атомы углерода и могут быть сравнимы с макромолекулами, обнаруженными на хондритах.
Модель исследовательской группы показала, что при правильных условиях образование макромолекул возможно всего за несколько десятилетий. «Мы, конечно, ожидали подобного результата, но было приятным сюрпризом, что он оказался настолько очевидным», — говорит главный исследователь Нильс Лигтеринк, который работал в отделении космических исследований и планетарных наук в Университете Берна до конца июня 2024 года и сейчас является доцентом в Техническом университете в Делфте.
«Это действительно супер круто, что теперь мы можем использовать модель, основанную на наблюдениях, чтобы объяснить, как могут образовываться большие молекулы», — добавила соавтор Нинке ван дер Марел из Лейденского университета в Нидерландах. Одиннадцать лет назад она и её коллеги были первыми, кто убедительно продемонстрировал существование пылевых ловушек.
В будущем исследователи планируют изучить, как разные типы пылевых ловушек по-разному реагируют на излучение и движущиеся пылевые потоки. «Это поможет узнать больше о вероятности существования жизни вокруг разных типов экзопланет и звезд», — поясняет Лигтеринк.
Новое исследование — это уникальное сочетание астрохимии, наблюдений с помощью радиотелескопа обсерватории ALMA, лабораторных работ, эволюции пыли и изучения метеоритов нашей Солнечной системы. Результаты работы могут иметь важное значение для понимания происхождения жизни во Вселенной.
«Макромолекулярная материя как таковая отвечает за углеродный и азотный состав Земли и обеспечивает условия для жизни», — объясняет Лигтеринк. Однако до сих пор не было ясно, где в космосе образуется эта макромолекулярная материя. Теперь у исследователей есть объяснение, которое может помочь в понимании формирования обитаемых планет и звёздных систем.