Астрохимики получили «межзвездный» глицин в лаборатории

Астрохимики получили аминокислоту глицин, облучая электронным пучком тонкие пленки в условиях низких температур и сверхвысокого вакуума. Предполагается, что именно таким образом идет образование сложных органических молекул в межзвездной среде, кометах и ​​ледяных спутниках планет. Статья опубликована в журнале The Journal of Chemical Physics, кратко о работе рассказывается в пресс-релизе на сайте Американского физического института.

Сложные органические молекулы, основные «кирпичики» белковой жизни, связаны не только с нашей планетой — они также обнаруживаются в областях звездообразования и туманностях, в кометах, метеоритах и спутниках планет в Солнечной системе. Среди этих молекул можно выделить глицин (H₂N-CH₂-COOH), который является простейшей аминокислотой, входит в состав почти всех известных белков и ранее был обнаружен в межзвездной среде и в составе кометы 67P/Чурюмова—Герасименко. 

Предполагается, что такие молекулы образуются в ледяных оболочках пылевых зерен в плотных и холодных (10-20 кельвин) молекулярных облаках или в поверхностном ледяном слое некоторых тел под действием нагрева, частиц космических лучей и излучения от различных объектов. Известно, что во время взаимодействия излучения высокой энергии с конденсированным веществом образуются нетепловые вторичные электроны (в основном с энергиями менее ста электронвольт), которые могут играть важную роль в химических процессах в астрофизических льдах.

Группа исследователей во главе с Майклом Уэллсом (Michael Huels) решила выяснить роль таких электронов в образовании органических молекул (в частности глицина) в космическом льду. Сначала они получили тонкие пленки, содержавшие углекислоту, аммиак и метан в соотношении 1:1:1, которые осаждались из паровой фазы на платиновую фольгу при температуре 22 кельвина в условиях сверхвысокого вакуума. Затем, при той же температуре, ученые облучали пленки пучком электронов с энергиями до 70 электронвольт, после чего производили термодесорбционный анализ пленок для определения наличия в них глицина.

Выяснилось, что глицин действительно образуется — в среднем, один из 260 электронов с энергией 70 электронвольт, попадавших в пленки, приводил к образованию одной молекулы глицина. При этом наблюдается энергетический порог для прохождения реакции образования, который составляет примерно 9,5 электровольт. Оценки показывают, что в ледяной оболочке «лабораторного» ледяного зерна вторичные низкоэнергетические электроны, рождающиеся при облучении потоками частиц и излучения, характерных для молекулярных облаков и поверхностей спутников планет-гигантов, каждую секунду на каждом квадратном сантиметре поверхности будут образовывать до 60 молекул глицина. Если же учесть более близкий к реальности состав астрофизических льдов (~20% СО₂, ~2% СН₄ и ~ 10% NH₃), то аналогичные количества глицина могут образовываться за 5,5×10⁶ лет в плотных, холодных, межзвездных облаках или примерно за 30 дней в ледяных оболочках спутников Юпитера.

Ранее мы рассказывали о том, как астрономы впервые обнаружили следы хиральных органических молекул в межзвездном пространстве. Обнаруженная окись пропилена относится к категории эпоксидов и обладает двумя зеркальными изомерами. Поиск подобных соединений и важен для того, чтобы определить, почему подавляющее большинство биомолекул (белки, ДНК) состоят лишь из изомеров одного типа.

Александр Войтюк