От лаборатории к космосу: обнаружена новая органическая молекула в межзвёздном облаке

Лабораторные эксперименты, проведённые в Центре астрохимических исследований (CAS) Института внеземной физики Общества Макса Планка (MPE) в Мюнхене, вместе с астрономическими наблюдениями Итальянского национального института астрофизики (INAF) привели к идентификации новой молекулы в молекулярном облаке G+0.693-0.027 вблизи центра Галактики. Новооткрытая молекула называется пропаргилимин: по мнению экспертов, этот химический вид может играть фундаментальную роль в формировании аминокислот — ключевых ингредиентов для жизни в известной нам форме.

Пропаргилимин имеет химическую формулу HCCCHNH и является нестабильным соединением. Его очень трудно выделить в обычных условиях земной атмосферы, но он процветает при низких плотностях и температурах, типичных для межзвёздной среды. Лука Биззокки, ведущий автор исследования, изучавший спектроскопию молекулы в MPE, пояснил: «Особенность этого химического вида заключается в его двойной связи углерод–азот, которая придаёт ему высокую реакционную способность. С этой двойной связью он становится фундаментальным компонентом химических цепочек, ведущих от простейших и наиболее распространённых в космосе молекул, содержащих углерод и азот — например, формальдегида (H₂CO) и аммиака (NH₃), соответственно — к более сложным аминокислотам, фундаментальным строительным блокам земной биологии».

Каждая молекула поглощает и испускает излучение на определённых длинах волн, создавая уникальный паттерн, подобный человеческим отпечаткам пальцев. Чтобы выявить присутствие пропаргилимина в космосе, в лабораториях Макса Планка был проведён спектроскопический анализ, чтобы восстановить «идентификационный портрет» молекулы.

«Когда молекула вращается в межзвёздной среде, она испускает фотоны на очень точных частотах. Эта информация в сочетании с данными радиотелескопов позволяет нам узнать, присутствует ли молекула в молекулярных облаках — местах формирования звёзд и планет», — продолжает Биззокки.

В данном случае лабораторные данные были сопоставлены с результатами наблюдений на 30-метровом радиотелескопе в Сьерра-Неваде, Испания. «Наша молекула уже была там, — сказал Виктор М. Ривилья М., научный сотрудник по программе Марии Склодовской-Кюри в INAF во Флоренции, руководивший наблюдательной кампанией INAF, которая привела к подтверждению наличия пропаргилимина в среде G+0.693-0.027. — Она лежала в наших данных по молекулярному облаку G+0.693-0.027, но мы не могли её идентифицировать, не зная точной спектроскопии, то есть полного описания паттерна её частот излучения. Как только мы её получили благодаря лабораторным измерениям, мы поняли, что пропаргилимин определённо был там, ожидая, когда его распознают».

Фактически, молекулы с такой двойной связью углерод–азот участвуют в так называемом синтезе Штрекера — химическом процессе, широко используемом для синтеза аминокислот в лаборатории. Считается, что при благоприятных условиях подобные реакции могут происходить и в ряде внеземных сред, таких как ледяные оболочки межзвёздной пыли или поверхности астероидов, что подтверждается недавним открытием простейшей аминокислоты глицина в хвосте кометы 67P Чурюмова–Герасименко.

«Высокоточная молекулярная спектроскопия — одна из целей нашей группы, — заключила Паола Каселли, директор Центра астрохимических исследований MPE и соавтор статьи. — Только с помощью высокоточных измерений частот межзвёздных молекул мы можем использовать такие молекулы в качестве мощных диагностических инструментов физической и химической эволюции межзвёздных облаков, где формируются звёздные системы, подобные нашей».