Химическая десорбция освободила молекулы сероводорода из космического льда

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