Межзвёздные молекулы
Межзвёздные молекулы — молекулы, обнаруженные в межзвёздной среде.
Подавляющее большинство молекул в межзвёздной среде было открыто методами радиоастрономии (вращательная и вращательно-колебательная спектроскопия). Надёжно отождествлено 349 видов межзвёздных молекул (на начало 2026 года)[1] с учётом молекул различного изотопного состава, в том числе большое количество органических молекул, содержащих до 70 атомов. В настоящее время наиболее тяжёлой многоатомной молекулой является обнаруженная в межзвёздной среде в 2010 году молекула фуллерена, состоящая из 70 атомов. Также в твёрдой фазе (в составе межзвёздных льдов) была обнаружена закись азота (N2O)[2], а в начале 2026 года открыта самая крупная серосодержащая молекула в космосе — 2,5-циклогексадиен-1-тион (C6H6S)[3].
История открытий
Двухатомные молекулы в межзвёздной среде были найдены оптическими методами по линиям поглощения в спектрах звёзд. Радикал метилидина (CH) и ион метилидиния (CH+) были открыты в 1937 году, а радикал циана (CN) — в 1940—1941 годах[4]. Долгое время возможность существования в межзвёздной среде молекул с числом атомов более двух считалась маловероятной[5].
Новый этап в изучении межзвёздных молекул начался в 1960-х годах с переходом к методам радиоастрономии. В 1963 году был обнаружен гидроксил (OH). Первая многоатомная молекула, молекула аммиака (NH3), в межзвёздной среде была открыта группой Ч. Таунса в 1968 году, а вскоре после этого были найдены молекулы воды (H2O)[5].
Первая органическая молекула, формальдегид (H2CO), была обнаружена в 1969 году[5]. 1970-е годы стали «золотым веком» астрохимии: развитие радиоспектроскопии привело к открытию множества новых органических молекул[6].
Методы обнаружения
Основным методом обнаружения межзвёздных молекул является спектроскопия. Ключевую роль в исследованиях играет радиоастрономия, основанная на регистрации вращательных переходов молекул, обладающих дипольным моментом. Данный метод особенно эффективен для изучения холодных молекулярных облаков[5]
Другим важным инструментом выступает инфракрасная спектроскопия, позволяющая изучать колебательные переходы. В отличие от радиоастрономии, этот метод даёт возможность обнаруживать молекулы, не имеющие дипольного момента, а также применяется для анализа состава ледяных мантий на поверхности межзвёздных пылинок.[7].[8]
Межзвездные молекулы с 10 и более атомами
| Атомы | Формула | Вещество | Масса | Ионы |
|---|---|---|---|---|
| 10 | (CH3)2CO | Ацетон | 58 | — |
| 10 | (CH2OH)2 | Этиленгликоль | 62 | — |
| 10 | CH3CH2CHO | Пропаналь | 58 | — |
| 10 | CH3C5N | Метилцианид диацетилен | 89 | — |
| 11 | HC8CN | Цианотетраацетилен | 123 | — |
| 11 | C2H5OCHO | Этилформиат | 74 | — |
| 11 | CH3COOCH3 | Метилацетат | 74 | — |
| 11 | CH3C6H | Метилтриацетелен | 88 | — |
| 12 | C6H6 | Бензол | 78 | — |
| 12 | C3H7CN | Бутиронитрил | 69 | — |
| 13 | HC10CN | Cyanodecapentayne | 147 | — |
| 13 | HC11N | Цианопента ацетилен | 159 | — |
| 13 | C6H6S | 2,5-циклогексадиен-1-тион[3][9] | 110 | — |
| 26 | C16H10 | Пирен[10] | 202 | — |
| 37 | C24H11CN | Цианокоронен[11] | 325 | — |
| 60 | C60 | C60-фуллерен | 720 | C60+ |
| 70 | C70 | C70-фуллерен | 840 | —[12] |
Значение для пребиотической химии
Особенностью молекулярного состава наиболее плотных молекулярных облаков является преобладание в них органических соединений. Обнаружены представители нескольких классов органических соединений — альдегидов, спиртов, простых и сложных эфиров, карбоновых кислот, амидов кислот. Неожиданным было обнаружение в межзвёздной среде относительно сложных многоатомных молекул. Многие из этих соединений (HCN, CH2NH, CH3NH2 и др.) известны как активный исходный материал для образования важнейших предбиологических молекул — аминокислот и азотистых оснований. Это является важным аргументом в пользу универсальности путей химической эволюции во Вселенной.
Ледяные поверхности межзвёздных пылинок служат катализаторами для формирования сложных органических молекул (COMs)[13]. В холодных молекулярных облаках атомы и простые молекулы намерзают на пылинки, где благодаря поверхностной диффузии и каталитическим реакциям объединяются в более сложные соединения. Подобные сложные органические вещества, являющиеся предшественниками аминокислот, обнаруживаются и в протопланетных дисках. Например, в диске вокруг молодой звезды V883 Ориона были найдены этиленгликоль и гликолонитрил (предшественник аланина и аденина)[14].
Синтезированные в космосе молекулы впоследствии включаются в состав малых небесных тел. В частности, в межзвёздной комете 3I/ATLAS было зафиксировано аномально высокое содержание метанола[15]. Подтверждением гипотезы о доставке подобных «кирпичиков жизни» из космоса на раннюю Землю стало обнаружение всех пяти основных нуклеобаз (аденина, гуанина, цитозина, тимина и урацила) в образцах грунта с астероида Рюгу[16].
Литература
- Таунс Ч. Межзвёздные молекулы. Успехи физ. наук 1979. Вып.127. N. 3. стр. 479-499.
- Стрельницкий В. С. Межзвездные молекулы. М.: Знание, 1974.
- Cami, Jan et al., "Detection of C60 and C70 in a Young Planetary Nebula", Science. Vol.329. No.5996. (2010) 1180–1182.
- Мицунори Араки и др. Обнаружение 2,5-циклогексадиен-1-тиона в межзвёздной среде // Nature Astronomy. — 2026[3].
- Картеева В., Васюнин А. Identification of solid N2O in interstellar ices using open JWST data // Astronomy & Astrophysics. — 2026[17].
Примечания
Ссылки
- Woon, David E. Interstellar and Circumstellar Molecules (1 октября 2010). Дата обращения: 4 октября 2010. Архивировано 2 февраля 2013 года.
- Molecules in Space (недоступная ссылка — история). Universität zu Köln (август 2010). Дата обращения: 4 октября 2010. Архивировано 2 февраля 2013 года.
- Dworkin, Jason P. Interstellar Molecules. NASA's Cosmic Ice Lab (1 февраля 2007). Дата обращения: 23 декабря 2010. Архивировано 2 февраля 2013 года.
- Wootten, Al The 129 reported interstellar and circumstellar molecules. National Radio Astronomy Observatory (ноябрь 2005). Дата обращения: 13 февраля 2007. Архивировано 2 февраля 2013 года.
- Lovas, F. J.; Dragoset, R. A. NIST Recommended Rest Frequencies for Observed Interstellar Molecular Microwave Transitions, 2002 Revision (недоступная ссылка — история). National Institute of Standards and Technology (февраль 2004). Дата обращения: 13 февраля 2007. Архивировано 2 февраля 2013 года.
 |
|---|
