В космосе до сих пор остаётся множество нерешённых загадок, и одна из них связана с самым обычным химическим элементом — серой. Несмотря на то что астрономы хорошо знают, сколько серы должно существовать в межзвёздной среде, наблюдения на протяжении десятилетий показывали странную картину: значительная её часть словно исчезла.
Новое исследование с использованием современных астрохимических моделей предлагает правдоподобное объяснение этого феномена. Учёные пришли к выводу, что «пропавшая» сера, вероятно, вовсе не исчезает, а оказывается запертой в сложных молекулах и на поверхности мельчайших пылинок, где её чрезвычайно трудно обнаружить обычными методами.
Почему сера так важна для науки
Сера относится к числу элементов, играющих заметную роль в химической эволюции Вселенной. Она образуется в недрах массивных звёзд и распространяется по космосу после их взрывов в виде сверхновых.
В дальнейшем этот элемент входит в состав межзвёздных облаков, новых поколений звёзд, планет и различных молекул. На Земле сера является важным компонентом многих минералов и участвует в биохимических процессах живых организмов.
Поэтому понимание её поведения в космосе необходимо для построения полной картины формирования планетных систем и химической эволюции галактик.
Где исчезает ожидаемое количество серы
Когда астрономы исследуют разрежённые газовые облака между звёздами, содержание серы примерно соответствует расчётам. Однако в плотных холодных молекулярных облаках ситуация резко меняется.
Измерения показывают, что в газовой фазе присутствует лишь небольшая часть ожидаемого количества этого элемента. Остальная масса словно исчезает, хотя законы физики не позволяют ей просто бесследно пропасть.
Эта проблема известна уже много лет и получила название «проблемы недостающей серы».
Холодные облака — настоящие химические лаборатории
Молекулярные облака представляют собой огромные скопления газа и пыли с очень низкой температурой. Именно в них впоследствии рождаются новые звёзды и планеты.
На поверхности микроскопических пылевых частиц происходят многочисленные химические реакции. Отдельные атомы сталкиваются друг с другом, соединяются и формируют всё более сложные молекулы.
В результате состав вещества внутри таких облаков может заметно отличаться от того, который астрономы способны зарегистрировать с помощью телескопов.
Новые модели проследили судьбу серы
Авторы исследования построили подробные компьютерные модели, описывающие химические процессы в межзвёздной среде.
Расчёты показали, что атомы серы могут достаточно быстро переходить из газообразного состояния в состав различных соединений, образующихся на поверхности космической пыли. По мере развития химических реакций они оказываются связанными в твёрдых или плохо испаряющихся веществах.
Из-за этого их спектральные сигналы становятся очень слабыми или практически недоступными для современных наблюдений.
Космическая пыль играет гораздо более важную роль
Долгое время пылевые частицы рассматривались главным образом как пассивные компоненты межзвёздной среды. Однако современные исследования всё чаще показывают, что именно они становятся площадкой для сложной химии.
На их поверхности могут синтезироваться не только простые соединения, но и более сложные молекулы, содержащие углерод, кислород, азот и серу.
Таким образом, пыль фактически превращается в гигантскую химическую фабрику, работающую в масштабах всей Галактики.
Почему найти такую серу чрезвычайно трудно
Большинство астрономических наблюдений основано на регистрации электромагнитного излучения молекул в газовой фазе.
Если же атомы оказываются включёнными в твёрдые покрытия пылинок или входят в состав очень сложных соединений, их обнаружение становится значительно более трудной задачей. Некоторые вещества практически не имеют ярких спектральных линий, позволяющих уверенно идентифицировать их на больших расстояниях.
Поэтому отсутствие сигнала вовсе не означает отсутствие самого элемента.
Это важно для понимания рождения планет
Химический состав молекулярных облаков напрямую влияет на материал, из которого формируются будущие планетные системы.
Если значительная часть серы на ранних стадиях оказывается связанной с твёрдыми пылевыми частицами, она может затем попасть в состав астероидов, комет и молодых планет. Следовательно, процессы, происходящие задолго до рождения звезды, способны определять химический облик будущих миров.
Подобные исследования помогают понять, каким образом различные элементы распределяются между газом, льдом и твёрдым веществом в ходе формирования планет.
Значение для астробиологии
Сера входит в состав множества соединений, необходимых для существования известных форм жизни. На Земле она присутствует в некоторых аминокислотах, белках и ферментах, играющих важную роль в клеточных процессах.
Хотя новое исследование не связано напрямую с поиском жизни, оно позволяет лучше понять, как потенциально биологически важные элементы путешествуют по космосу и включаются в состав новых планетных систем.
Современные телескопы открывают новые возможности
Развитие инфракрасной и радиоастрономии позволяет всё более детально изучать состав межзвёздных облаков. Особенно большие надежды возлагаются на наблюдения с использованием самых чувствительных инструментов нового поколения, способных фиксировать слабые сигналы сложных молекул и анализировать свойства космической пыли.
По мере накопления данных учёные смогут проверить, насколько предложенная модель соответствует реальной картине распределения серы в различных регионах нашей Галактики.
Ещё один шаг к пониманию химии Вселенной
История с «пропавшей» серой показывает, что даже хорошо известные химические элементы могут скрывать неожиданные тайны. Новые астрохимические модели указывают на то, что значительная часть этого вещества не исчезает, а просто переходит в труднообнаружимые формы, связанные с межзвёздной пылью и сложными молекулами.
Если эта гипотеза подтвердится дальнейшими наблюдениями, астрономы получат более полное представление о том, как развивается химия космоса и каким образом формируется материал для будущих звёзд, планет и, возможно, жизни.
Источники:
Статья создана по материалам UniverseToday.com
