|
Как органика выживает в экстремальных межзвездных условиях
|
|
|
|
Космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST) открыл глубины межзвездного пространства с беспрецедентной четкостью, открыв человечеству окно в космос с высоким разрешением. Используя эту новообретенную способность, международная команда исследователей решила исследовать, как полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) — органические молекулы, играющие ключевую роль в космической химии, — выживают в суровых условиях космоса, и раскрыть механизм, лежащий в основе их устойчивости.
|
|
|
|
ПАУ были обнаружены в холодных молекулярных облаках, где они подвергаются постоянной бомбардировке ультрафиолетовым излучением высокой энергии и космическими лучами. Эти энергичные частицы должны не только ионизировать и фрагментировать, но и разрушать молекулы, при этом они остаются неповрежденными.
|
|
|
|
В новом исследовании, опубликованном в журнале Physical Review Letters, сообщается, что ПАУ с закрытой оболочкой, такие как катион инденила, используют удивительную стратегию выживания: вместо того, чтобы распадаться, они эффективно рассеивают избыточную энергию за счет периодической флуоресценции и инфракрасного излучения. Этот хитроумный механизм позволяет им противостоять экстремальным условиям космоса гораздо эффективнее, чем считалось ранее.
|
|
|
|
ПАУ рассеяны в межзвездном пространстве и служат одним из крупнейших в галактике хранилищ углерода, в котором содержится до 10-25% элемента, необходимого для создания жизни. Эти молекулы обладают уникальными инфракрасными признаками, обнаруженными с помощью радио- и инфракрасно-эмиссионной астрономии.
|
|
|
|
|
|
|
Высокочувствительные инфракрасные данные JWST — вместе с более ранними данными космического телескопа "Спитцер" — подтвердили, что ПАУ широко распространены в космосе. ПАУ с закрытой оболочкой были обнаружены в темных межзвездных облаках, в то время как их ионизированные аналоги, как ожидается, будут присутствовать в более ярких областях звездообразования.
|
|
|
|
Предыдущие лабораторные эксперименты, в которых изучались эти органические молекулы, показали, что катион-радикалы ПАУ с открытой оболочкой охлаждают свою избыточную энергию посредством повторяющейся флуоресценции — типа флуоресценции, которая возникает, когда молекула, которая перешла в более низкое электронное состояние, поглощает тепло, чтобы вновь возбудиться, а затем испускает фотон, возвращаясь на свое прежнее место. основное состояние. Однако в этих исследованиях это явление анализировалось только у радикальных видов, а не у нейтральных ПАУ с закрытой оболочкой, которые наблюдал JWST.
|
|
|
|
В этом исследовании исследователи сосредоточились на катионе инденила (C9H7+), ПАУ с закрытой оболочкой, относящемся к межзвездным облакам. Холодные межзвездные условия были смоделированы с помощью DESIREE, электростатического накопителя ионного излучения в Стокгольме, который может хранить ионы в течение нескольких часов при криогенных температурах (~13 К) и сверхнизком давлении. Ионы C9H7+ в кольце были внутренне заряжены, чтобы имитировать условия после энергетических столкновений.
|
|
|
|
Затем команда наблюдала за поведением ионов — теряли ли они энергию в результате фрагментации или радиационного охлаждения? Затем собранные данные были проанализированы с использованием модели master equation (теоретическое моделирование) и молекулярной динамики Ab initio (метод вычислительной химии).
|
|
|
|
Результат показал, что катион инденила эффективно охлаждался за счет сочетания ИК-излучения и особенно радиочастотного, даже когда он начинал с энергии колебаний до 5,85 эВ, что намного превышает порог его диссоциации. Было обнаружено, что радиочастотный эффект является доминирующим механизмом охлаждения при высоких внутренних энергиях, гораздо более эффективным, чем только ИК-излучение. Кроме того, экспериментальные данные хорошо согласуются с моделью основного уравнения, когда модели включали радиочастотный эффект, а не исключали его, что подтверждает его важность в процессе стабилизации излучения.
|
|
|
|
Исследователи отмечают, что их результаты помогают объяснить, почему ПАУ с закрытой оболочкой встречаются в космосе в большем количестве, чем ожидалось, - понимание, которое необходимо для совершенствования моделей межзвездной химии.
|
|
|
|
Источник
|
