Межзвёздные молекулы

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].

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]

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].