Открыт новый механизм образования формальдегида в космосе

Статья с описанием работы опубликована в одном из ведущих профильных научных изданий мира The Journal of Physical Chemistry Letters. Формальдегид — простое соединение, играет центральную роль в образовании сложных органических соединений. Он является одним из источников молекул, необходимых для зарождения жизни и ее развития.

Доказав, что формальдегид образуется из атомарного углерода и водяного льда, ученые Европы и России обосновали и то, что сложные органические соединения могут появляться в космосе уже на ранних стадиях эволюции молекулярных облаков, до вымораживания CO, и значительно раньше возникновения звезд и планетарных систем. Причем, вероятно, в большом количестве — так как туманности содержат колоссальные объемы воды и, следовательно, формальдегида.

По прежним представлениям, образование формальдегида на поверхности космической пыли, покрытой водяным льдом, посредством присоединения атомов углерода к молекуле воды затруднено. Противоречие в том, что реакция между атомом углерода и молекулой воды с образованием формальдегида требует огромного количества энергии, которой в космических туманностях, при температуре -263 градусов Цельсия, для этого недостаточно. Поэтому считалось, что молекулы формальдегида формируются на более поздних стадиях жизни молекулярных облаков — когда на космических пылинках в изобилии представлен монооксид углерода в твердом состоянии.

«Вода в данном случае представлена в виде кластера аморфного льда. Аморфного — так как в молекулярных облаках лед формируется при моментальном остывании образующихся молекул воды, которые не успевают выстроиться в кристаллическую решетку. Молекулы водяного льда, покрывающие частицы космической пыли субмикрометрового размера, вступают в реакцию с атомами углерода, вымораживаемым из газовой фазы. Так образуется комплекс молекулы воды и атома углерода», — поясняет суть гипотезы ведущий научный автор Глеб Федосеев.

При этом молекулы воды, связанные водородными связями, действуют одновременно как доноры и акцепторы протонов. Они осуществляют псевдоперенос протонов с атома кислорода образовавшегося комплекса на атом углерода. Этот согласованный перенос протонов по цепочке водородных связей между молекулами воды катализирует реакцию, убыстряя процесс образования формальдегида. Такие превращения происходят практически без барьеров и не требуют много энергии. Это обстоятельство устраняет противоречие между классическими представлениями о механизме реакции и возможностью ее протекания в реальных условиях космоса.

«Более 150 лет назад наш соотечественник, выдающийся химик Александр Бутлеров предложил один из первых методов абиотического синтеза сахаров. Этот метод предполагал использование растворов формальдегида в воде. Мог ли Бутлеров представить, что все компоненты, необходимые для протекания реакции, названной затем его именем, присутствуют в газопылевых облаках, из которых образуются звездные системы подобные нашей Солнечной, где суммарная масса формальдегида и воды на порядки превышает массу Земли?» — добавляет Глеб Федосеев.

Гипотезу астрохимики проверили в нескольких экспериментах на установке, воспроизводящих условия космоса. Результаты экспериментов подтвердились в Институтe астрономии Общества Макса Планка — ведущей европейской сети научно-исследовательских организаций. Кроме того, по словам Глеба Федосеева, в перспективе теория будет подвергнута дополнительным проверкам с помощью телескопа имени Джеймса Уэбба, который запущен в космос 25 декабря.

Новый телескоп придет на смену знаменитому «Хабблу», чтобы, отдалившись на 1,6 миллионов километров от Земли, продолжит наблюдение за космическими объектами, в том числе космическими льдами. По снимкам, полученным от «Джеймса Уэбба», ученые надеются получить данные о зарождении Вселенной, образовании звезд, обнаружить следы внеземной жизни.

Учитывая научную значимость проведенных теоретических разработок и экспериментов, исследованиям Глеба Федосеева и его коллег содействовали государственные организации поддержки науки Германии, Нидерландов, Дании, а с российской стороны — Министерство науки и высшего образования РФ. По заказу министерства в научной лаборатории астрохимических исследований УрФУ создается установка для моделирования условий космоса. 

УрФУ

42 статей

Уральский федеральный университет (УрФУ) расположен в Екатеринбурге, выполняет функции проектного офиса Уральского межрегионального научно-образовательного центра мирового уровня (УМНОЦ). В УрФУ обучается более 36 000 студентов по 334 образовательным программам. Основан 19 октября 1920 года.

Показать больше