Открыт механизм естественного синтеза сложных ароматических углеводородов в космосе
Космос оказался настоящим «властелином колец»: сложные ароматические молекулы могут собираться гораздо быстрее, чем считалось.
Дмитрий ПавловАвтор Hi-Tech Mail
Полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) давно не дают покоя ученым. Эти крупные молекулы, состоящие из углерода и водорода, встречаются во Вселенной практически повсюду — от оболочек умирающих звезд до межзвездных газовых облаков. Но существующие модели никак не могли толком объяснить, как в космосе успевает появиться такое количество сложной органики.
Исследователи под руководством химиков из Университета Гавайев в Маноа нашли возможный ответ. Оказалось, что природа может собирать ПАУ не постепенно, добавляя к молекуле по одному небольшому фрагменту, а значительно быстрее — за один химический этап создавать сразу несколько новых связей между атомами углерода. Именно этот механизм, названный арильным присоединением с последующей дегидроциклизацией, позволяет заметно ускорить рост углеродных молекул.
Работу провел международный коллектив с участием специалистов из Тайваня и французского синхротронного центра SOLEIL. Основным автором стал аспирант Шейн Геттл (Shane Goettl). Результаты опубликованы в журнале Nature Communications.
Когда одна реакция создает сразу несколько колец
Чтобы проверить гипотезу, ученые воспроизвели в лаборатории условия с очень высокой температурой, характерные для некоторых энергетически активных областей космоса, в том числе окрестностей стареющих звезд.
В экспериментах использовали арильные радикалы на основе нафталина (простейшего полициклического углеводорода с формулой C10H8, представляющего собой два соединенных бензольных кольца). При столкновении с другими ароматическими молекулами они запускали цепочку превращений, в результате которой образовывались пятикольцевые ПАУ. Среди полученных соединений оказались бензо[b]трифенилен, бензо[4]хелицен, бензо[k]флуорантен, бензо[j]флуорантен и перилен.
Особенно важен сам принцип реакции: одного столкновения может быть достаточно, чтобы сформировалось сразу несколько углерод-углеродных связей. Для прежних моделей такой сценарий был слишком быстрым — они в основном опирались на последовательное наращивание молекулы.
Новое объяснение помогает решить давнюю проблему астрохимии: откуда в космосе берутся большие количества ПАУ, если известные процессы синтеза должны идти слишком медленно и с незначительным массовым выходом.
Исследователи также отмечают, что обнаруженный механизм способен связывать небольшие ароматические молекулы с гораздо более крупными двух- и трехмерными углеродными структурами. Это меняет представление о том, как углеродная материя усложняется в горячих космических средах — например, в оболочках звезд и планетарных туманностях.
Новое исследование не утверждает, что ученые нашли единственный способ появления сложной космической органики. Оно предлагает конкретный быстрый химический маршрут, который способен объяснить наблюдаемое изобилие сложных ПАУ там, где прежние механизмы не справлялись.
Ранее ПАУ находили в самых разных космических объектах. Например, Hi-Tech Mail ранее писал о сложной ароматике в молекулярном облаке Тельца. В другом материале мы рассказывали о ПАУ в галактике Секстант А, где эти сложные молекулы обнаружили в плотных межзвездных областях.
Подробнее о полициклических соединениях и их опасности для здоровья можно прочитать тут.
космосХимияАстрофизикаПоделиться
