Образцы с астероида Бенну — одного из самых примитивных тел Солнечной системы — доставили на Землю миссией OSIRIS-REx в сентябре 2023 года. Поразительно, но они практически не изменились за 4,5 миллиарда лет: в отличие от метеоритов, способных загрязняться на нашей планете, образцы сохраняют исходную структуру вещества. С их помощью можно понять, как вода, минералы и органические соединения в ранней Солнечной системе взаимодействовали друг с другом.
Авторы новой научной работы, опубликованной в журнале PNAS, проанализировали частицу OREX-800066-3 с помощью наноИК-спектроскопии (nano-FTIR) и рамановской спектроскопии. Оба метода позволили определить химический состав с пространственным разрешением порядка десятков нанометров и проследить распределение отдельных функциональных групп по характерным полосам поглощения, например в диапазоне от 1550 до 1310 обратных сантиметров. Там фиксируются сигналы органики и карбонатов.
В результате исследователи выделили три четко различающихся типа областей. Первая — зоны, богатые алифатической органикой (углеводороды). Вторая — участки с высоким содержанием карбонатов (минералы, образованные при участии воды и CO₂). Третья — области с азотсодержащей органикой. Последняя потенциально важна с точки зрения пребиотической химии.
Выяснилось, что эти области не смешаны, а пространственно разделены даже на наноуровне. Статистический анализ показал сильную отрицательную корреляцию. Там, где сигналы алифатических соединений — участков без ароматических фрагментов, — практически отсутствуют карбонаты и азотсодержащие соединения. При этом между карбонатами и азотной органикой связь практически отсутствует.
Дополнительно были обнаружены органосерные соединения, но они локализованы только в карбонатных областях. Значит, на поздних стадиях эволюции в Бенну могли существовать рассолы, в которых происходили реакции между серой, органикой и минералами. Проще говоря, химическая эволюция астероида шла в несколько этапов, с участием жидкой воды.
Углеродистое вещество, как оказалось, находится в крайне неупорядоченном состоянии и почти не подвергается нагреву. Вот почему температура Бенну оставалась низкой, а многие нестабильные органические группы (включая азотсодержащие) сохранились. Отметим, такие молекулы обычно разрушаются, однако в данном случае этого не произошло.
Более того, сложная структура присутствует даже внутри карбонатных зон: разные типы карбонатов перемешаны на уровне десятков нанометров. То есть минералы формировались не одновременно, а в несколько этапов — вероятно, при изменяющемся составе жидкости.
Таким образом, вещество Бенну — это набор микросред. Вода двигалась по ограниченным каналам, создавая локальные области химических реакций. В одних местах образовывались карбонаты и соединения серы, в других — органика, включая азотсодержащие молекулы.
Сравнение с Рюгу также показало, что у двух астероидов есть общие черты, которые различаются распределением органики и карбонатов. Выходит, даже похожие небесные тела могли эволюционировать по разным сценариям. Напомним, ранее в образцах Рюгу нашли все пять «букв» генетического алфавита.
Открытие существенно расширяет представление о том, где и как в ранней Солнечной системе могли сохраняться органические молекулы — потенциальные предшественники жизни.