Загадочное космическое излучение дают дефективные асфальтены?

Результаты нового исследования говорят о том, что остававшаяся долгое время неидентифицированной природа загадочного космического излучения перестала быть загадкой. Исследователи уверены, что причина этих «тайных космических лучей» — полициклические ароматические углеводороды с дефектом структуры [1].

Рис. 1. Дефекты в структуре полициклических ароматических углеводородов могут привести к их изгибу и появлению аномального инфракрасного излучения, детектируемого в межзвёздном космическом пространстве. (Рисунок из Phys. Rev. Lett., 2017, 119, 171102)

Полиароматические углеводороды (из-за того, что большое количество таких углеводородов входит в состав асфальта, также их называют асфальтенами) — органические соединения, для которых характерно наличие в химической структуре двух и более конденсированных бензольных колец. На земле полициклические ароматические углеводороды образуются в процессе пиролиза целлюлозы и встречаются в пластах каменного, бурого угля и антрацита, а также как продукт неполного сгорания при лесных пожарах. Полиароматические углеводороды широко распространены в видимой Вселенной, вместе с фуллеренами они обнаружены в межзвёздных космических областях.

Неопознанное космическое инфракрасное излучение регистрируется многими группами исследователей несколько десятков лет, особо мощными источниками этого излучения являются области межзвёздного пространства и туманности, в которых протекает формирование планет. Несмотря на то, что это излучение регистрируется давно, об источнике ИК-лучей было известно мало.

Конечно, с момента обнаружения этого вида излучения исследователи делали попытки связать его с тепловыми колебаниями полициклических ароматических соединений. Тем не менее, детальные исследования спектральной картины неидентифицированного космического ИК-излучения показывали, что если некоторые его сигналы и можно было соотнести с колебаниями асфальтенов, другие линии спектра никоим образом не могли соответствовать вибрационной картине этих соединений. В конечном итоге эти несоответствия привели к тому, что большинство исследователей отбросило идею связать это излучение с полициклическими ароматическими соединениями, посчитав, что его причиной являются более сложные по структуре органические соединения.

Рис. 2. Источником активности полициклических ароматических углеводородов в ИК-спектре является неравномерная орбитальная и электронная плотность в «изогнутых» молекулах. (Схема приводится для молекулы C96H24+) (Рисунок из M S Gudipati and R Yang, ApJL, 2012, 756, L24)

В новом исследовании моделируя электронное строение полициклических ароматических углеводородов и их сигналы в спектре ИК, астрохимики выяснили, что источником неопознанного космического инфракрасного излучения всё же является полициклическая ароматика, но не идеальная и плоская, а «дефективная» и изогнутая. Получается, что в результате фотохимического разложения, вполне возможного в условиях космического пространства, в полициклических ароматических углеводородах возникают структурные дефекты, которые заставляют молекулу выгибаться. Изгиб молекулы приводит к повышению неравномерности распределения электронов, что, в свою очередь, и объясняет необычную структуру ИК-спектров.

Полициклические ароматические углеводороды являются самой распространённой в космосе формой углерода. Существует гипотеза о том, что они могли сыграть свою роль в образовании жизни на Земле. Подобные предположения основываются на том, что условия в космических ледяных зёрнах могут способствовать превращению полициклических ароматических соединений в более сложные органические вещества [2].

Межзвёздный лёд встречается в областях формирования планет, поэтому теоретически полициклические ароматические углеводороды вполне могут обеспечивать образующиеся планеты строительным материалом для появления простейших аминокислот и строительных блоков нуклеиновых кислот. Однако гипотеза биогенеза с участием полициклических ароматических углеводородов не доказана и такой сценарий рассматривается менее вероятным, чем модель, предложенная Опариным и косвенно доказанная в экспериментах Юри-Миллера.

Источники:

• [1] H Álvaro Galué and G Díaz Leines, Phys. Rev. Lett., 2017, 119, 171102 (DOI: 10.1103/PhysRevLett.119.171102);
• [2] M S Gudipati and R Yang, ApJL, 2012, 756, L24 (DOI: 10.1088/2041-8205/756/1/L24)

@feanoturi