Из сварочного газа воссоздали химию космоса
Многие представляют пространство между звездами как пустую, холодную бесконечность. На самом деле, оно наполнено разными молекулами — их уже обнаружено более 300 различных видов.
Химик Ким Стинбаккерс изучила несколько таких молекул на Земле и помогла доказать существование как минимум одной из них в космосе. Исследование стало ее докторской диссертацией, защита которой пройдет в Университете Радбода в Неймегене, Нидерланды.
«Условия в космосе совершенно иные, чем на Земле, — говорит Стинбаккерс. — Там очень холодно, около −240 °C, и крайне низкое давление. Столкновения между молекулами происходят гораздо реже: если на Земле они случаются миллиард раз в секунду, то в космосе — раз в 10 дней».
Это означает, что некоторые молекулы, существующие в космосе, не могут выжить на Земле. Здесь слишком много других молекул, с которыми они немедленно столкнутся, воспламеняясь в воздухе или образуя новые соединения. Но как же их изучать?
«В лаборатории HFML-FELIX есть огромный холодильник, который может охлаждать до −270 градусов и снижать давление. Это создает условия, близкие к космическим», — объясняет химик.
Она направляла мощный инфракрасный лазер на молекулу, чтобы увидеть ее реакцию.
Сварочный газ
Стинбаккерс исследовала заряженные молекулы C₂H⁺ и HC₂H⁺, которые, как предполагается, существуют в космосе.
«На Земле их нет, потому что они мгновенно реагируют с другими молекулами. Зато у нас есть газ, используемый для сварки — ацетилен C₂H₂, очень похожий на HC₂H⁺ и C₂H⁺», — рассказывает исследовательница.
Сварочный газ легко воспламеняется и при сварке сразу вступает в реакцию с воздухом. Но если поместить его в специальную установку и обстрелять электронами, он распадается, и можно выделить HC₂H⁺ и C₂H⁺.
Направив на эти заряженные молекулы инфракрасный лазер, Стинбаккерс смогла получить их «снимки». Для этого ей пришлось разработать новые экспериментальные методы и сложные теоретические модели для интерпретации данных.
«Когда у нас есть такой снимок и мы его понимаем — можно искать его в данных, собранных телескопами», — продолжает Стинбаккерс.
Ее метод уже помог обнаружить еще один экзотический ион — CH₃⁺ (метан CH₄ без одного атома водорода). Эта молекула была найдена в Туманности Ориона с помощью космического телескопа «Джеймс Уэбб», в области, где рождаются звезды.
«Но мы предполагаем, что эта молекула, как и другие, изученные в моей диссертации, встречается во многих других уголках космоса», — считает ученая.
Происхождение жизни
У далеких от науки людей может возникнуть резонный вопрос: зачем это все нужно? У Стинбаккерс есть ответ на него.
«Если мы точно поймем химический состав космоса, то сможем определить, как формируются звезды и планеты, и на каком этапе жизненного цикла находится та или иная туманность. В конечном итоге, это может пролить свет на происхождение жизни на Земле и возможность ее возникновения на других планетах», — заключила она.