Химическая десорбция освободила молекулы сероводорода из космического льда

Схематическая иллюстрация процесса высвобождения молекул газа изо льда на поверхности космической пыли

Hokkaido University

Физики показали, что молекулы сероводорода могут покидать поверхность космической пыли за счет химической десорбции даже при крайне низких температурах — это объясняет, почему газ находят в холодных молекулярных облаках. Статья, опубликованная в журнале Nature Astronomy, помогает понять, как вещество эволюционирует в межзвездном пространстве, а также как в молекулярных облаках рождаются новые звезды.

Межзвездные облака, чьи плотность и размер позволяют образовываться молекулам водорода, называют молекулярными облаками. Обычно они играют роль «звездных колыбелей», где рождаются светила, подобные нашему Солнцу. Теоретически, в холодных молекулярных облаках с температурой около 10 кельвинов все молекулы, кроме водорода и гелия, должны быть «вморожены» в лед на поверхности космической пыли. Однако на практике астрономы обнаружили в таких облаках около 150 веществ в газовой фазе.

Ранее исследователи продемонстрировали, что отрыв молекул от поверхности льда может происходить благодаря ультрафиолетовому излучению в ходе фотодесорбции. Однако одного вклада фотодесорбции недостаточно для объяснения появления большого количества газа в более темных и плотных областях облака, где формируются звезды.

Авторы новой работы под руководством Ясухиро Обы (Yasuhiro Oba) предположили, что в случае недостаточного количества света отрыв молекул газа от поверхности может происходить не из-за ультрафиолетового излучения, а по механизму химической десорбции за счет энергии, которая выделяется в ходе экзотермической реакции. Впервые эта идея была высказана еще 50 лет назад, однако ученые до сих пор не пытались провести лабораторный эксперимент. Ясухиро и его команда поместили в вакуумную камеру подложку с золотым покрытием, на поверхность которой при температуре 10 кельвинов осаждались молекулы воды и сероводорода (H2S). Затем ученые заполнили камеру атомарным водородом и впервые проследили за реакциями с помощью инфракрасной спектроскопии.

Выяснилось, что отрыв молекул от поверхности льда действительно может происходить по чисто химическому механизму за счет реакций между атомарным водородом и сероводородом (H• + H2S → HS• + H2 и HS• + H• → H2S). Кроме того, эксперимент показал, что процесс химической десорбции может быть намного более эффективным, чем считалось ранее. Примерно 60 процентов осажденного сероводорода в течение двух часов покинуло поверхность подложки.

Работа ученых поможет лучше понять, как возникают те или иные вещества в молекулярных облаках. «Межзвездная химия крайне важна для объяснения процесса формирования звезд, а также воды, метанола и возможно других, более сложных молекул», — отмечает один из авторов исследования Наоки Ватанабе (Naoki Watanabe).

Недавно американские ученые объяснили механизм образования молекулярного кислорода на кометах. По мнению исследователей, из-за нагревания солнечными лучами вода испаряется с кометы, а затем молекулы воды ионизируются ультрафиолетовыми солнечными лучами и направляются солнечным ветром обратно к поверхности.

Кристина Уласович

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.