Ученые обнаружили ингредиенты для жизни за пределами нашей Галактики

Фото из открытых источников

В последние годы появляется всё больше доказательств того, что компоненты жизни в виде сложных органических молекул (СОМ) формируются в звёздных питомниках и протопланетных дисках. В недавнем исследовании группа учёных из Центра космических полётов имени Годдарда (GSFC) НАСА подтвердила, что СОМ также можно обнаружить вокруг молодых звёзд за пределами Млечного Пути. Используя данные, полученные с помощью инструмента среднего инфракрасного диапазона (MIRI) космического телескопа имени Джеймса Уэбба (JWST), группа обнаружила пять различных соединений на основе углерода в Большом Магеллановом Облаке (БМО), нашем ближайшем галактическом соседе. Новое исследование было опубликовано в Astrophysical Journal Letters.

Исследованием руководила Марта Севило, профессор астрономии Мэрилендского университета и научный сотрудник Лаборатории экзопланет и звёздной астрофизики и Центра исследований космической науки и технологий имени Годдарда в НАСА. К ней и её коллегам-исследователям GSFC присоединились коллеги из Лаборатории астрофизики Лейденской обсерватории, Римской астрономической обсерватории, Лабораторий Леннарда-Джонса, Национальной радиоастрономической обсерватории (NRAO), Института радиоастрономии Общества Макса Планка (MPIFR), Института физики Кёльнского университета, Юго-западного исследовательского института (SwRI) и нескольких университетов.

Основываясь на данных, полученных спектрографом среднего разрешения MIRI, Севило и её команда идентифицировали пять молекул COM во льдах, окружающих молодую протозвезду ST6. Среди них были ацетальдегид, уксусная кислота, этанол и метилформиат, каждый из которых находит применение на Земле. В то время как метанол и этанол являются распространёнными видами спирта, метилформиат и ацетальдегид используются в основном в промышленных химикатах, а уксусная кислота — основной компонент уксуса. Все эти молекулы были обнаружены в звёздных питомниках и протопланетных системах нашей Галактики.

Однако это был первый случай обнаружения этанола, метилформиата и ацетальдегида в соседней системе. Кроме того, до публикации этого исследования уксусная кислота никогда не была достоверно обнаружена во льдах протопланетных систем. 

«Благодаря исключительной чувствительности телескопа JWST в сочетании с высоким угловым разрешением мы смогли обнаружить эти слабые спектральные особенности, связанные со льдами вокруг столь далёкой протозвезды. Спектральное разрешение телескопа JWST достаточно высоко для надёжной идентификации. До телескопа Уэбба метанол был единственной сложной органической молекулой, достоверно обнаруженной во льду вокруг протозвёзд, даже в нашей собственной Галактике. Исключительное качество наших новых наблюдений помогло нам собрать огромное количество информации из одного спектра, больше, чем когда-либо прежде», - пояснила Севило.

Моделирование и химические эксперименты показали, что коммутационные центры (КОМ) образуются в газовой и ледяной фазах межзвёздных пылевых частиц в результате серии химических реакций. Кроме того, предыдущие наблюдения выявили наличие в БМО газообразного метанола и метилформиата. 

«Наше обнаружение КОМ во льдах подтверждает эти результаты. Обнаружение ледяных КОМ в Большом Магеллановом Облаке свидетельствует о том, что эти реакции могут эффективно образовывать их в гораздо более суровых условиях, чем в окрестностях Солнца», - говорит соавтор исследования Уилл Роча из Лейденского университета.

Особенно важна в этом открытии среда, в которой были обнаружены центры масс. БМО, расположенное примерно в 16 000 световых лет от нас, содержит примерно от трети до половины всех тяжёлых элементов, присутствующих в Млечном Пути, и испытывает значительно более высокий уровень ультрафиолетового излучения. Это делает большее из двух Магеллановых Облаков идеальной средой для изучения звездообразования в ранней Вселенной. Примерно через 100–200 миллионов лет после Большого взрыва первая популяция звёзд во Вселенной (популяция III) образовалась из единственных существовавших в то время элементов (водорода и гелия).

Звёздные модели предполагают, что эти звёзды были очень массивными (до 1000 солнечных масс), испускали огромное количество ультрафиолетового излучения и жили недолго по сравнению с последующими популяциями. Синтез водорода и гелия в их ядрах приводил к образованию более тяжёлых элементов, таких как углерод, кислород, азот, кремний и железо. Когда эти звёзды достигли конца своего жизненного цикла и стали сверхновыми (спустя 2–5 миллионов лет), они сбросили свои внешние оболочки и распространили эти элементы по всей Вселенной. 

«Низкая металличность среды, то есть пониженное содержание элементов тяжелее водорода и гелия, интересна тем, что напоминает галактики в более ранние космологические эпохи. То, что мы узнаём о Большом Магеллановом Облаке, можно применить к пониманию этих более далёких галактик, существовавших в эпоху, когда Вселенная была гораздо моложе. Суровые условия дают нам больше информации о том, насколько сложная органическая химия может существовать в этих примитивных средах, где для химических реакций доступно гораздо меньше тяжёлых элементов, таких как углерод, азот и кислород», - говорит Севило.

Обнаружение ледяных COM в среде, аналогичной ранней Вселенной, свидетельствует о том, что строительные блоки жизни сформировались гораздо раньше, чем считалось ранее, и в более широком диапазоне условий. Группа также наблюдала спектры, указывающие на присутствие гликольальдегида, богатой углеродом молекулы, похожей на углеводы. Эта COM также является предшественником более сложных биомолекул, включая компоненты РНК. Однако для подтверждения этого открытия потребуются дополнительные исследования.

Более того, результаты исследований группы предполагают, что обнаруженные ими центры комбинационного обмена (ЦМ) могли пережить ранние стадии формирования планет, когда пыль и газ из протопланетного диска аккрецируют, образуя более крупные тела. Этот процесс приводит к «аккреционному нагреву», при котором вещество всё больше сжимается под действием собственной гравитации, тем самым нагреваясь. Эти результаты свидетельствуют о том, что ЦМ предшествуют формированию планет и позднее ассимилируются на ранних планетах, в конечном итоге давая начало жизни. Севило и ее команда надеются расширить поиск, включив в него другие протозвёзды в БМО и Малом Магеллановом Облаке.

«В настоящее время у нас есть только один источник в Большом Магеллановом Облаке и только четыре источника, где обнаружены эти сложные органические молекулы во льдах Млечного Пути», — сказала она. «Нам нужны более крупные образцы из обеих галактик, чтобы подтвердить наши первоначальные результаты, указывающие на различия в содержании ЦМ в этих двух галактиках. Но это открытие значительно продвинуло нас в понимании того, как сложная химия возникает во Вселенной, и открыло новые возможности для исследования происхождения жизни».