|
Астрохимическая модель недостающей экзосеры
|
|
|
|
Сера — один из самых распространенных элементов во Вселенной. Если заглянуть в диффузное межзвездное облако, вы обнаружите его огромное количество — примерно столько, сколько ожидается, исходя из закономерностей термоядерного синтеза в звездах, в которых оно образовалось. Однако, если посмотреть на плотное, холодное молекулярное облако — то есть такое, где фактически формируются эти звезды, — кажется, что 99% ожидаемой там серы отсутствует. Ученые десятилетиями ломали голову над этой «проблемой недостающей серы», хотя ведущая теория гласит, что этот элемент скрывается в ледяных пылевых частицах, что затрудняет его обнаружение.
|
|
|
|
В новой статье, опубликованной в журнале Astronomy & Astrophysics Институтом внеземной физики им. Макса Планка и Центром астробиологии, описывается новая компьютерная модель, призванная поддержать интерпретацию лабораторных результатов и проверить наше текущее понимание эволюции серы в межзвездных льдах.
|
|
|
|
Моделирование было написано на pyRate — приложении на основе Python, которое рассчитывает взаимодействие химических веществ, особенно между ледяной и газовой фазами. Эта статья знаменует собой первую успешную модель химии многокомпонентного аналога межзвездного льда с использованием моделирования уравнений скорости. Ученые любят «первые достижения», но что это на самом деле означает на практике в данном случае?
|
|
|
|
|
|
|
Авторы сосредоточились на моделировании результатов одного конкретного лабораторного эксперимента с серой, проведенного в 2024 году. Во время этого эксперимента смесь диоксида углерода (CO2) и сероуглерода (CS2) охлаждали до 10 К, а затем облучали фотонами в вакуумном ультрафиолетовом диапазоне (VUV). В ходе физического эксперимента этот процесс расщеплял молекулы и создавал смесь новых серосодержащих химических веществ, таких как диоксид серы, карбонилсульфид и даже чистые серные цепочки, известные как аллотропы. Критически важно, что значительная часть серы «исчезла» из эксперимента — вероятно, она оказалась заключена в длинные цепочки атомов серы, невидимые для приборов, используемых для их мониторинга.
|
|
|
|
Целью данной работы было моделирование этого эксперимента, и это привело к нескольким интересным открытиям. Во-первых, было изучено, как именно движутся молекулы. Большинство астрохимиков просто предполагают, что молекулы движутся посредством тепловой диффузии — они перемещаются по поверхности, пока не столкнутся с другой молекулой. Но когда команда провела моделирование только со стандартной диффузией, реакция, в результате которой образовалось такое множество серосодержащих соединений, остановилась. Включение «недиффузионной химии» — когда атомы могут взаимодействовать со своими соседями сразу после отрыва от молекулы-хозяина — стало ключом к протеканию реакции, вероятно, потому что 10 К не обеспечивает достаточного теплового импульса.
|
|
|
|
Еще одно открытие произошло в понимании того, какой толщины слой льда может проникнуть под действием фотона вакуумного ультрафиолета. Оказалось, что это около 100 «монослоев», или отдельных слоев молекул льда. Это можно добавить в будущие версии этих астрохимических кодов, поскольку ранее велись споры о способности фотонов вакуумного ультрафиолетового диапазона проникать глубоко в ледяные образования.
|
|
|
|
Однако между моделированием и фактическими экспериментальными данными эксперимента 2024 года были обнаружены некоторые расхождения. Экспериментально основным обнаруженным соединением оказался диоксид серы, а также высокие уровни аллотропов серы. Однако моделирование предсказывало низкие количества обеих молекул. Кроме того, моделирование предсказывало высокие концентрации карбонилсульфида, монооксида серы и моносульфида углерода. Хотя первоначально об этом не сообщалось, дальнейший анализ инфракрасных спектров показал, что экспериментальные данные фактически совместимы с присутствием некоторых молекул моносульфида углерода и монооксида серы, поскольку их химические характеристики, вероятно, были замаскированы перекрытием с доминирующими характеристиками диоксида серы.
|
|
|
|
Авторы восприняли эти расхождения как подсказку, показывающую, что наше нынешнее понимание межзвездных химических взаимодействий, в лучшем случае, недостаточно. Но они также показали, что в первоначальном эксперименте, возможно, что-то было упущено — химические сигнатуры моносульфида углерода и монооксида серы сильно перекрывались с доминирующим сигналом диоксида серы, поэтому некоторые из этих концентраций могли быть неверно интерпретированы.
|
|
|
|
В любом случае, это шаг вперед в понимании того, как работает химия в галактике в целом. Такая работа позволит авторам обновить pyRate, чтобы он более точно соответствовал лабораторному эксперименту, и даже послужит основой для будущих наблюдательных кампаний, таких как космический телескоп Джеймса Уэбба. Медленно, но верно ученые работают над разгадкой тайны недостающей серы, независимо от того, сколько монослоев льда им придется исследовать.
|
|
|
|
Источник
|
