Глицин сформировался в условиях темного межзвездного облака

Астрофизики получили глицин в условиях межзвездного облака без внешнего энергетического воздействия и смоделировали процесс его формирования на ранней стадии рождения звезд. Ранее эту простейшую, но важную для возникновения жизни аминокислоту получали в схожих лабораторных условиях лишь под внешним воздействием излучения или пучка частиц. Такой результат говорит о том, что глицин и другая органика во вселенной могут быть распространены шире, чем считалось ранее. Статья опубликована в журнале Nature Astronomy, препринт работы доступен на сайте arXiv.org.

Изучение процессов формирования и распространения органики во вселенной крайне важно для нашего понимания того, как и при каких начальных условиях на Земле могла возникнуть жизнь. Глицин (H2N-CH2-COOH), в свою очередь, является характерным представителем этой органики – это простейшая аминокислота, которая входит в состав почти всех белков. Ранее его уже нашли в образцах с комет Вильда 2 и 67P/Чурюмова–Герасименко, и существуют указания на то, что обнаруженный глицин имеет межзвездное происхождение. Это значит, что часть наблюдаемой во вселенной простейшей органики могла возникнуть не в центральных областях планетезималей, как считалось ранее, а в межзвездном пространстве.  

Последние лабораторные и теоретические исследования указывают на то, что глицин и другая органика и правда может формироваться в ледяных оболочках мельчайших пылевых зерен при внешнем энергетическом воздействии (им может быть нагрев, излучение или космические лучи), которое возможно на поздних стадиях формирования звезд. Однако подобное энергетическое воздействие при больших дозах может и разрушить уже возникшие аминокислоты, поэтому предполагается, что есть и пути формирование органики без внешнего энергетического триггера. Хорошими кандидатами на такие «холодные» источники глицина являются темные и плотные межзвездные облака на ранней стадии рождения звезд, аминокислоты в которых могут образовываться в ходе химических процессов в насыщенном примесями льде.

Теперь же группа ученых во главе с Серджио Иопполо (Sergio Ioppolo) провела эксперимент, в ходе которого глицин сформировался в условиях, воссоздающих слой льда на поверхности пылевых зерен в межзвездном облаке без участия внешнего энергетического воздействия. Для этого астрофизики изучали эволюцию состава льда, насыщенного метиламином, монооксидом углерода, кислородом и водородом, и охлажденного до 13 кельвин (при этой температуре в нем формируются OH радикалы, она же характерна для межзвездных облаков). Конечный состав льда исследователи изучали с помощью квадрупольного масс-спектрометра посредством термодесорбционного анализа – метода, в котором состав вещества изучают по десорбции молекул в процессе его нагрева. В результате ученые обнаружили в конечном составе льда глицин и его изотопологи.

Помимо эксперимента исследователи реализовали и астрохимическое моделирование ранних стадий формирования звезд, чтобы проверить, что проделанный опыт соответствовал реальным условиям происходящих во вселенной процессов. Астрофизики реализовали это двумя способами: с помощью метода кинетического Монте-Карло и более полной астрохимической модели MAGICKAL. Моделирование подтвердило формирование глицина в описанных выше условиях, а его количество в зависимости от модели и начальных условий оказалась в пределах между 3,5 × 10^-5 и 0,07 процента относительно исходной массы воды во льде. Само формирование происходило на расстоянии порядка 1000 астрономических единиц от центра предзвездного ядра при температуре 10 кельвин.

Астрофизики подчеркивают важность полученных результатов: они косвенно указывают на то, что глицин может оказаться крайне распространенной во вселенной молекулой, ведь исследование расширило возможные условия для его формирования. От глицина, в свою очередь, недалеко до более сложной органики, которая также может образовываться из последнего в богатых льдом межзвездных облаках. Ученые отмечают и тот факт, что пока что глицин не был напрямую обнаружен в межзвездной среде, но возлагают надежды на телескоп Джеймса Уэбба, у которого должно хватить спектральной чувствительности для регистрации сложных органических молекул, в том числе и различных аминокислот.

Глицин можно обнаружить и в еще менее благоприятных условиях, чем холодные и плотной межзвездные облака: недавно мы рассказывали о том, что его следы нашли в атмосфере Венеры. Ранее ученым удалось доказать белковую природу органических полимеров, обнаруженных в метеоритах, и в его состав также вошли остатки глицина и его производных.