Сложные органические молекулы обнаружены внутри остатка сверхновой

Фото из открытых источников

Астрономы обнаружили теплые газовые коконы, обернутые вокруг новорожденных звезд внутри обломков звезды, взорвавшейся около 1600 лет назад. Эти коконы наполнены сложными органическими молекулами и являются первыми в истории, обнаруженными внутри остатка сверхновой. Результаты нового исследования были опубликованы в The Astrophysical Journal.

Полученные данные свидетельствуют о том, что разрушительная сила сверхновой не обязательно должна стирать хрупкие химические процессы, которые приводят к созданию новых миров. Это имеет значение для нашей собственной истории, потому что само Солнце, возможно, зародилось рядом с одним из этих взрывов.

В результате взрыва образовался расширяющийся обломок, внесенный в каталог как RX J1713.7-3946, остаток сверхновой, находящийся примерно в 3600 световых годах от нас. Это относительно молодой объект, и его ударные фронты всё ещё проносятся сквозь окружающее пространство со скоростью до 4000 километров в секунду. Внутри этой оболочки газ подвергается сильному воздействию.

Уровень радиации там в сотни раз выше, чем в тихом уголке галактики. В ходе более раннего исследования облаков вблизи других остатков кратеров было обнаружено, что их молекулярный газ нагревается и сжимается проходящими ударными волнами.

Такаши Шимониши, астроном из Университета Ниигата в Японии, возглавил группу, которая направила Атакамскую большую миллиметровую/субмиллиметровую антенную решетку (ALMA) на две точки внутри остатка сверхновой.

Ранее проведенные радиоастрономические исследования указывали на оба места как на вероятные очаги звездообразования. Подтверждением этому служили две газовые струи, вырывающиеся в противоположных направлениях из скрытого центрального объекта.

В ходе наблюдений в конце 2024 и начале 2025 года телескоп ALMA обнаружил компактный светящийся источник в каждой из двух точек. Каждый из этих источников представляет собой горячее ядро, плотный узел теплого газа, в котором находится молодая, еще формирующаяся звезда.

Обе являются протозвездами среднего размера, тяжелее Солнца, но все же притягивающими вещество, и обе находятся глубоко внутри рентгеновской оболочки остатка галактики. Внимание переключилось на более перспективную группу HC1, химию которой команда детально изучила.

Газ очень плотный, содержит примерно десять миллионов молекул на кубический сантиметр и сжат в пространстве, меньшем, чем расстояние от Земли до Солнца, в 500 раз превышающее его длину.

Там также довольно тепло, около -170°C (100 кельвинов). По обычным меркам это мучительно холодно. Однако на фоне глубокого холода межзвездного пространства, где облака держатся около -260°C (11 К), это считается очень тепло.

Тепло оказалось достаточным, чтобы отделить замерзшие молекулы от пылевых частиц и вернуть их обратно в газ. Этот теплый газ оказался химически активным. Астрономы выделили десятки молекулярных видов, состоящих из углерода, кислорода, азота, серы и кремния.

Сюда вошли такие хорошо известные соединения, как метанол и этанол, а также более крупные соединения, такие как метилформиат, диметиловый эфир и формамид. Некоторые из этих молекул состоят из девяти атомов, что делает их одними из самых сложных соединений, когда-либо обнаруженных в космосе.

Химики считают их строительными блоками, богатыми углеродом частицами, которые впоследствии попадают в кометы, астероиды и являются сырьем для жизни. Настоящий сюрприз вызвало сравнение HC1 с очагами возгорания в более спокойных районах.

Когда команда измерила количество каждой органической молекулы, находящейся рядом с метанолом, полученные соотношения совпали с соотношениями в обычных областях звездообразования, которые никогда не сталкивались с взрывами сверхновых поблизости.

Это был неочевидный результат. Космические лучи и рентгеновские лучи, обрушивающиеся на остаток галактики, могут разрывать молекулы на части. В одной из статей, посвященных облакам, попавшим в эти зоны поражения, было установлено, что они подвергаются бомбардировке с интенсивностью в тысячу раз большей, чем газ в обычных галактических условиях.

Химические свойства HCl можно было бы легко полностью исключить. Вместо этого хрупкие соединения, по-видимому, остались практически неизменными, выглядя точно так же, как и их аналоги, находящиеся в более щадящих условиях.

«Среды, способные содержать сложные органические молекулы — потенциальные строительные блоки пребиотической химии — могут быть более разнообразными, чем считалось ранее», — сказал Шимониши. Как именно игроки сохранили свою сыгранность, остается открытым вопросом, и команда Шимониши предлагает две возможные причины. Первая – это время.

HC1 находится вблизи внешнего края оболочки, поэтому он мог попасть в зону повышенной вязкости совсем недавно, оставив слишком мало времени для того, чтобы излучение переработало его молекулы. Другая идея опирается на магнетизм.

Ударные волны от сверхновых могут усиливать магнитные поля, и достаточно сильное поле отразит входящие космические лучи, защитив плотное ядро от наиболее интенсивной бомбардировки.

Имеющиеся данные пока не позволяют определить, какое из объяснений, если таковое вообще имеется, является правильным. Для исследователей вывод таков: звёздный ясли способны пережить близлежащий катаклизм.

«Эти наблюдения показывают, что даже в суровых условиях остатка сверхновой новорожденные звезды могут оставаться хорошо защищенными внутри своих родительских коконов, сохраняя свой богатый молекулярный состав», - говорят авторы.

Эта возможность восходит к самому началу нашей истории. Следы короткоживущих радиоактивных элементов, заключенные в древних метеоритах, указывают на то, что новорожденное Солнце находилось рядом со сверхновой.

Длительный анализ этих данных связывает место нашего рождения с массивными, короткоживущими звёздами. До этой работы никто не показывал, что богатые органическими веществами ядра могут сохраняться внутри молодого остатка галактики.

Теперь, когда это стало очевидным, спектр мест, где может прижиться пребиотическая химия, значительно расширяется. Команда планирует провести дальнейшие наблюдения с помощью ALMA, чтобы выяснить, является ли HC1 типичным явлением или счастливым исключением.