Космический нафталин образовался в холодном межзвездном пространстве

Органические соединения — те, что содержат соединенные между собой в цепочки и кольца из атомов углерода — долгое время считали продуктом химических реакций в живых существах. Это закрепилось в их названии, которое используется по сей день. Затем оказалось, что органика вполне может образоваться и без помощи организмов. Более того, ее немало за пределами нашей планеты и даже Солнечной системы. Астрономы заметили в космосе значительные количества довольно сложных органических веществ, включая спирты и отдельные компоненты ДНК или белков.

Авторы новой статьи в журнале Science заинтересовались одним из классов органических соединений, которые обнаружены в космосе, — полициклическими ароматическими углеводородами (ПАУ). Они состоят всего из двух химических элементов — водорода и углерода, образующих конденсированные (непосредственно прилегающие друг к другу) ароматические кольца.

На долю ПАУ приходится до 20 процентов углерода межзвездного пространства, где встречаются такие представители этой группы веществ, как нафталин (два конденсированных кольца), антрацен (три кольца в ряд) и, например, образованный четырьмя конденсированными кольцами пирен.

Специалистов по астрохимии заинтересовало, в каких условиях возникают такие довольно сложные по структуре соединения. С этой целью они изучили изотопный состав углерода и водорода из образцов Мурчисонского метеорита (углеродистый хондрит, упавший в Австралии в 1969 году) и полученных японским зондом «Хаябуса-2» проб околоземного астероида Рюгу. Для сравнения дополнительно описали состав сгоревших растительных остатков.

Удалось выяснить, что изотопный состав углерода в составе ПАУ небесных тел заметно отличается от случайного. В случае нафталина, флуорантена и пирена из Рюгу и флуорантена Мурчинсонского метеорита отклонение оценили в 9-51 промилле. Авторы исследования пришли к выводу, что эта сложная органика могла сформироваться в двух резко различающихся условиях.

Большая часть ПАУ с двумя и четырьмя конденсированными кольцами — нафталин, пирен и флуорантен — скорее всего, образовалась при низких температурах (примерно 10 градусов Кельвина, или минус 263,15 по Цельсию). Это соответствует холодным областям на большом удалении от звезд, то есть в межзвездном пространстве.

Тем временем прочие ПАУ (имеющие три кольца антрацен и фенантрен), по-видимому, оказались синтезированы или возникли при химических превращениях других органических молекул при гораздо более высокой температуре. Это могло произойти рядом со звездой или в каком-то космическом теле, которое вращалось вокруг нее.