Новостивысоких технологий

Этa тумaннoсть, нaзвaннaя тaк зa свoй жeрeбцoвый силуэт, прeдстaвляeт сoбoй вытянутoe oблaкo пыли и гaзa в 1500 свeтoвыx гoдax oт Зeмли, в кoтoрoм пoстoяннo рoждaются нoвыe звeзды. Этo oдин из сaмыx узнaвaeмыx нeбeсныx oбъeктoв, и учeныe xoрoшo eгo изучили. В 2011 гoду aстрoнoмы из Институтa миллимeтрoвoй рaдиoaстрoнoмии (IRAM) и другиx мeст снoвa к нeй oбрaтились. С 30-мeтрoвым тeлeскoпoм IRAM в испанской Сьерре-Неваде, они изучили две части гривы лошади в радиоспектре. На экране эти данные похожи на всплески кардиомонитора; каждый пик показывает, что определенная молекула туманности испустила свет определенной длины волны. Каждая молекула во Вселенной образует свою характерную сигнатуру на основе положения протонов, нейтронов и электронов в ней. Большинство сигнатур на данных Конской Головы легко объясняются обычными химическими веществами: окись углерода, формальдегид, нейтральный углерод. Это была тайна — молекула, совершенно неизвестная науке. Сразу после получения этих данных, Эвелин Руэфф из Парижской обсерватории и другие химики в ее команде начали выдвигать теории на тему молекулы, которая могла создать сигнал. И только определенный тип линейной молекулы мог произвести спектральный отпечаток, увиденный химиками. Проработав список таких молекул, они наткнулись на C3H+, пропинилидиниум. По сути, он вообще не должен был существовать. А если бы существовал, то был бы крайне нестабильным. На Земле он практически моментально прореагировал бы с чем-то еще и образовал бы привычную форму. Но в космосе, где давление низкое, а молекулы редко сталкиваются с чем-то, с чем можно образовать связь, C3H+ вполне может существовать. «Я была относительно уверенна, — говорит Руэфф. Поначалу некоторые скептики оспаривали этот вывод — если C3H+ никто не видел раньше, откуда они уверены, что это та молекула? Решающий довод появился в прошлом году, когда ученые из Университета Кельна в Германии решили создать ненадолго C3H+ в лаборатории. Они не только доказали, что молекула существует, они также позволили ученым измерить ее спектр — и он оказался тем же, который был в Конской Голове. «Было приятно обнаружить молекулу, о существовании которой мы раньше и не думали, — говорит Руэфф. — Когда вы можете прийти к такому выводу с помощью логики, вы настоящий детектив». С одной непонятной молекулой определились, но осталось еще много таких. Туманность Конская Голова не исключение. Пустой космос
Совсем недавно, в 60-х годах большинство ученых сомневалось, что в межзвездном пространстве вообще могут существовать молекулы — излучение там должно быть настолько суровым, что не позволит существовать чему-то, что больше атома или пары свободных радикалов. «У меня было ощущение, что большинство астрономов Беркли считало мою идею немного диковатой», — вспоминал Таунс, нобелевский лауреат, в 2006 году. Но Таунс не сдавался и построил новый усилитель для шестиметровой антенны радиообсерватории Хэт-Крик в Калифорнии, которая выявила наличие аммиака в облаке Стрельца B2. «Как просто и как прекрасно! — писал он. — СМИ и ученые начали нас обсуждать». В последующие годы астрономы обнаружили более 200 типов молекул, плавающих в космосе. «Обычно мы занимаемся химией на основе условий, которые имеем на Земле, — говорит Райан Фортенберри, астрохимик Южного университета Джорджии. — Когда мы отходим от этой парадигмы, химические вещества можно создавать без ограничений. Космос — в буквальном смысле иная среда. Температуры могут быть намного, намного выше, чем на Земле (например, в атмосфере звезды), и намного, намного ниже (в относительно пустом межзвездном пространстве). Точно так же, давление (высокое или низкое) отличается от земного. «Молекула может годами болтаться в межзвездном пространстве, прежде чем столкнется с другой молекулой, — говорит Тимоти Ли, астрофизики Исследовательского центра Эймса в NASA. — Может существовать область без радиации, поэтому если молекула даже не будет стабильной, она просуществует долгое время». Некоторые из них, возможно, окажутся полезными, если ученые смогут воссоздать их в лаборатории и научатся использовать их свойства. Другие молекулы могут помочь в объяснении происхождения органических компонентов, которые дали начало жизни на Земле. Телескопы, которые все изменят
В прошлом десятилетии, когда появились мощные новые телескопы, способные улавливать слабые спектральные линии, поиск чужих молекул ускорился. «Сейчас по сути происходит расцвет астрохимии, — говорит Сюзанна Видикус Вивер, руководящая группой астрохимиков в Университете Эмори. Высотная обсерватория NASA SOFIA (стратосферная обсерватория инфракрасной астрономии), установленная на борту Boeing 747SP, начала наблюдать инфракрасный и микроволновый свет в 2010 году, а космическая обсерватория Гершеля Европейского космического агентства вышла на орбиту в 2009 году и наблюдает те же длины волн. И все же реально меняющим правила игры является Атакамский телескоп ALMA, скопление 66 радиоблюдец, открытое в 2013 году. На высоте 5200 метров на плато Чахнантор, в похожей на Марс атакамской пустыне, самом засушливом месте в мире, антенны ALMA работают в унисон, собирая свет космических объектов. Невероятно темное и прозрачное небо, в котором практически не бывает облаков, обеспечивают телескоп беспрецедентной чувствительностью и позволяют точно улавливать длины волн, от инфракрасных до радио. ALMA создает визуальную и спектральную картину каждого пикселя своих снимков, производя десятки тысяч спектральных линий на каждом участке наблюдаемого неба. — Эти наборы данных настолько огромны, что нам часто приходится отправлять их ученым на флеш-дисках, чтобы те могли их загрузить». Поток данных обеспечивает обилие новых спектральных линий, в которых предстоит разбираться астрохимикам. Но как и неопределенные отпечатки пальцев на месте преступления, эти линии бесполезны для ученых, пока они не поймут, какие молекулы их образуют. В поисках связи
Чтобы определить молекулы, соответствующие этим линиям, ученые могут пойти двумя путями. Как и в случае с C3H+, астрохимики могут начать с теории, используя гадание по спектру, чтобы попробовать угадать, какая молекула может скрываться под ним. «С квантовой химией мы не ограничены в том, что можем синтезировать, — говорит Фортенберри. — Мы ограничены размером молекул. Нам нужно больше вычислительной силы, чтобы проводить расчеты». Общий метод начинается с газовой камеры, через которую пропускается электричество. Электрон в токе может столкнуться с молекулой газа и разрушить ее химические связи, породив нечто новое. Ученые поддерживают газ при очень низком давлении, поэтому любое новое химическое вещество имеет шансы прожить пару моментов, прежде чем столкнется с другой молекулой и прореагирует. «Вы можете оказаться в положении, когда произвели в лаборатории ту же молекулу, что существует в космосе, но не знаете точно какую, — говорит Майкл Маккарти, физик из Гарвард-Смитсоновского астрофизического центра. — Поэтому вам остается попытаться вывести элементный состав из комбинации разных лабораторных экспериментов с разными образцами». В 2006 году Маккарти и его коллеги создали отрицательно заряженную молекулу C6H- и изменили ее спектр. Предыдущие поиски отрицательно заряженных частиц в космосе ни к чему не привели, поэтому многие ученые сомневались в том, что они существуют в значимых объемах. «Это привело нас к множеству открытий, благодаря которым мы могли выявлять молекулы в лаборатории, а после и в космосе», — говорит Маккарти. В 2013 году астрономы нашли аргоний в космосе, сначала в Крабовидной туманности, а позже в далекой галактике с помощью наблюдений ALMA. По этой причине, если ученые видят аргоний в какой-нибудь области космоса, они полагают, что эта область наводнена космическими лучами. «Это специфический индикатор определенных условий, очень важная штука в космосе», — говорит Хольгер Мюллер из Университета Кельна. Спрашивать, как они будут выглядеть или какими будут на ощупь, бесполезно, поскольку даже если вы их возьмете в руки, они мгновенно прореагируют. Если вам все же удастся установить с ними контакт, они почти наверняка окажутся токсичными и канцерогенными. Как ни странно, ученые имеют грубое представление о том, как будут пахнуть некоторые чужие молекулы: многие из них относятся к классу ароматических соединений, производных бензола, которые первоначально делили названия с сильными запахами. Некоторые из новых соединений демонстрируют удивительные атомные структуры и делят заряд между атомами странным образом. Космические молекулы могут помочь нам ответить на один из самых фундаментальных вопросов Вселенной: как началась жизнь? Ученые не знают, где первоначально возникли аминокислоты, строительные блоки жизни, на Земле или в космосе (и после были занесены на нашу планету кометами и метеоритами). Ответ на этот вопрос может также подсказать, много ли аминокислот во Вселенной и могли ли они теоретически посеять жизнь на мириадах других экзопланет. Астрохимики уже заметили признаки наличия аминокислот в космосе, а также соединения молекул, которые лежат в их основе. Наконец, возможно, некоторые редкие виды могут оказаться полезными, если их можно будет создать в достаточно большом количестве и удастся поддерживать в контролируемых условиях. Эти крупные собрания 60 атомов углерода впервые были созданы в лаборатории в 1985 году (и принесли Нобелевскую премию). Спустя почти десять лет астрономы видели спектральные линии в межзвездном газе, которые в точности указывали на положительно заряженные версии фуллеренов, и эта связь подтвердилась в июле, когда ученые сравнили их сигнатуры со спектром фуллеренов, которые были создали в космосоподобных условиях в лаборатории. Позднее фуллерены оказались не просто странной космической находкой, а вполне приличным практическим инструментом для нанотехнологий, полезным для укрепления материалов, улучшения солнечных батарей и даже в фармацевтике. Их находки напоминают нам, что наш собственный уголок в космосе относительно мал — может быть незначительным, не показательным, лишь примером возможностей. Возможно, те молекулы, которые мы имеем на Земле, являются на самом деле экзотическими, а C3H+, фуллерены и другие пока неизвестные молекулы — обычный вселенский материал.

Комментирование и размещение ссылок запрещено.

Комментарии закрыты.