Международная команда ученых доказала, что космическая пыль играет ключевую роль в формировании сложных органических молекул — потенциальных предшественников жизни даже в экстремальном холоде космоса. Исследование открывает новые горизонты в понимании того, как химические процессы в межзвездных облаках могут создавать фундаментальные соединения для биологических систем.
Пыль как катализатор космической химии
Ученые из Heriot-Watt University, Friedrich Schiller University Jena и University of Virginia обнаружили, что минеральная пыль действует как катализатор, помогая простым соединениям объединяться в более сложные молекулы. Исследование, опубликованное в The Astrophysical Journal, показало, что поверхностные реакции между диоксидом углерода и аммиаком — обоими распространенными в космосе — эффективно происходят только при наличии пыли.
Эти реакции образуют карбамат аммония — соединение, считающееся химическим предшественником мочевины и других молекул, необходимых для жизни.
Профессор Мартин МакКоустра, астрохимик из Heriot-Watt’s School of Engineering and Physical Sciences, отметил: «Пыль — не просто пассивный фоновый ингредиент в космосе. Она предоставляет поверхности, где молекулы могут встречаться, реагировать и образовывать более сложные виды».
«В некоторых регионах космоса эта химия пыли является предпосылкой для создания молекулярных строительных блоков жизни. Теперь мы знаем, что поверхностные реакции происходят эффективнее — быстрее — с пылью, чем без нее».
Воссоздание глубокого космоса в лаборатории
В лаборатории доктора Алексея Потапова в Йене ученые создали «пыльные сэндвичи» из тонких слоев диоксида углерода и аммиака, разделенных слоем пористых силикатных зерен, произведенных лазерным испарением. Эта конструкция реалистично имитировала космическую пыль.
Когда образцы, замороженные при –260°C (аналогично межзвездным облакам), были нагреты до примерно –190°C (условия, возникающие при эволюции этих облаков в протопланетные диски), молекулы распространились через пылевой слой и прореагировали с образованием карбамата аммония.
Без пылевого слоя ледяные молекулы реагировали значительно хуже. Команда идентифицировала этот процесс как пример кислотно-основного катализа с переносом протонов — впервые такая химия была наблюдена в условиях, имитирующих космические.
Открытие меняет наше представление о космической пыли — от пассивного пылесбора до активного химического реактора. По сути, мы наблюдаем рождение органической химии в условиях, где ранее считалось невозможным формирование сложных молекул. Ирония в том, что строительные блоки жизни могут формироваться не в теплых лабораториях, а на ледяных пылинках в глубинах космоса.
Последствия для астрохимии и поиска жизни
Доктор Алексей Потапов прокомментировал: «Результаты предполагают, что пылевые зерна играют гораздо более активную роль в астрохимии, чем считалось ранее. Паря через межзвездные облака и протопланетные диски, эти частицы могут обеспечивать микро-среды, где молекулы встречаются и эволюционируют в более сложные формы».
Профессор МакКоустра добавил: «Мы показали, что пыль может способствовать химии, необходимой для построения более сложных органических соединений даже при чрезвычайно низких температурах. Возможно, именно так природа преодолевает суровость космоса, чтобы запустить химию, которая в конечном итоге приводит к жизни».
Исследователи планируют изучить, могут ли другие молекулы образовываться таким же образом, и происходит ли эта химия, управляемая пылью, сегодня в протопланетных дисках, где рождаются новые планеты.
Открытие имеет фундаментальное значение для понимания происхождения жизни во Вселенной и может повлиять на стратегии поиска органических соединений в космосе.
По материалам Phys.org.