Рекордно большая молекула в межзвездной среде

Дмитрий Вибе, докт. физ.-мат. наук, зав. отделом физики и эволюции звезд Института астрономии РАН
Дмит­рий Вибе

До недав­не­го вре­ме­ни самой боль­шой досто­вер­но иден­ти­фи­ци­ро­ван­ной моле­ку­лой в моле­ку­ляр­ных обла­ках счи­та­лась моле­ку­ла циа­но­по­ли­и­на HC11N. Об ее обна­ру­же­нии в обла­ке TMC-1 было объ­яв­ле­но в ста­тье М. Бел­ла и его кол­лег (Bell et al., 1997 [1]), и на про­тя­же­нии почти два­дца­ти лет она оста­ва­лась един­ствен­ным 13-атом­ным соеди­не­ни­ем, вклю­чен­ным в спис­ки меж­звезд­ных моле­кул. Одна­ко в 2016 году попыт­ка сно­ва уви­деть линии HC11N в том же обла­ке не увен­ча­лась успе­хом (Loomis et al., 2016, [2]). Поз­же отсут­ствие линий HC11N было под­твер­жде­но в рабо­те М. Кор­ди­не­ра и его кол­лег (Cordiner et al. , 2017, [3]).

Прав­да, авто­ры вто­рой ста­тьи отме­ча­ют, что окон­ча­тель­но отка­зы­вать­ся от откры­тия HC11N пока рано. И в рабо­те Loomis et al. (2016), и в рабо­те Cordiner et al. (2017) наблю­де­ния про­во­ди­лись на 100-мет­ро­вом теле­ско­пе обсер­ва­то­рии «Грин-Бэнк» (США) с диа­грам­мой направ­лен­но­сти 37 угло­вых секунд и цен­три­ро­ва­ни­ем на так назы­ва­е­мый циа­но­по­ли­и­но­вый пик (область в TMC-1 с повы­шен­ным содер­жа­ни­ем циа­но­по­ли­и­нов).

В рабо­те Bell et al. (1997) исполь­зо­вал­ся инстру­мент с боль­шей диа­грам­мой направ­лен­но­сти (2,4 угло­вой мину­ты), и, хотя наблю­де­ния так­же цен­три­ро­ва­лись при­мер­но на циа­но­по­ли­и­но­вый пик, реаль­но ими охва­ты­ва­лась суще­ствен­но бо́льшая область TMC-1. Поэто­му нель­зя исклю­чить, что Loomis et al. (2016) и Cordiner et al. (2017) немно­го «про­мах­ну­лись» мимо реги­о­на, из кото­ро­го исхо­дит излу­че­ние HC11N . Но так или ина­че, место меж­звезд­но­го 13-атом­но­го соеди­не­ния на вре­мя ока­за­лось вакант­ным.

Молекула бензонитрила (C<sub>6</sub>H<sub>5</sub>CN) (astrobiology.com)
Моле­ку­ла бен­зо­нит­ри­ла (C6H5CN) (astrobiology.com)

И вот теперь его заня­ла дру­гая 13-атом­ная моле­ку­ла — бен­зо­нит­рил (C6H5CN), бен­зол, в кото­ром один атом водо­ро­да заме­щен груп­пой CN. О ее откры­тии сооб­ща­ет­ся в рабо­те Б. Мак­ги­ра и его кол­лег (McGuire et al., 2018, [4]). Важ­ную роль в этом откры­тии сыг­рал аст­ро­ном из АКЦ ФИАН Сер­гей Кален­ский. Имен­но он впер­вые ука­зал на воз­мож­ность нали­чия бен­зо­нит­ри­ла в TMC-1 [5].

Для пер­вич­ной иден­ти­фи­ка­ции бен­зо­нит­ри­ла С. Кален­ский исполь­зо­вал метод состав­ных спек­тров, при­ло­жен­ный к резуль­та­там спек­траль­но­го обзо­ра циа­но­по­ли­и­но­во­го пика, выпол­нен­но­го на 45-мет­ро­вом радио­те­ле­ско­пе «Нобе­я­ма» (Япо­ния). Суть мето­да, пред­ло­жен­но­го в 1984 году в рабо­те Johansson et al. (1984, [6]), состо­ит в сле­ду­ю­щем.

С кон­крет­ной моле­ку­лой, как пра­ви­ло, свя­за­но мно­же­ство эмис­си­он­ных спек­траль­ных линий, одна­ко каж­дая из этих линий для не осо­бо обиль­ных моле­кул может ока­зать­ся слиш­ком сла­бой для обна­ру­же­ния на фоне шума. Если у вас есть воз­мож­ность про­дол­жать наблю­де­ния, про­бле­му мож­но решить, уве­ли­чи­вая вре­мя накоп­ле­ния сиг­на­ла. Хуже, если наблю­де­ния уже закон­че­ны и про­дол­жить их нель­зя.

В этом слу­чае про­бле­му сла­бо­сти линии мож­но решить при помо­щи хит­ро­го при­е­ма: скла­ды­вать не резуль­та­ты наблю­де­ния одной и той же линии, полу­чен­ные в раз­ные сеан­сы, а резуль­та­ты наблю­де­ния раз­ных линий одной и той же моле­ку­лы, полу­чен­ные в один и тот же сеанс. Точ­нее, сум­ми­ру­ют­ся не линии (они не вид­ны; если бы они были вид­ны, про­бле­мы бы не было), а участ­ки спек­тра, в кото­рых линии долж­ны были бы быть.

Каж­дая отдель­ная линия моле­ку­лы может терять­ся на фоне шума, одна­ко состав­ная линия при этом ино­гда «уси­ли­ва­ет­ся» и ста­но­вит­ся види­мой. Так и про­изо­шло с лини­ей (лини­я­ми) бен­зо­нит­ри­ла в спек­траль­ном обзо­ре циа­но­по­ли­и­но­во­го пика.

Конеч­но, пока в обна­ру­же­ние линии вовле­че­на некая мате­ма­ти­че­ская про­це­ду­ра, это обна­ру­же­ние нель­зя счи­тать окон­ча­тель­ным. Одна­ко оно ста­ло пово­дом для поис­ка бен­зо­нит­ри­ла в циа­но­по­ли­и­но­вом пике на уже упо­ми­нав­шем­ся 100-мет­ро­вом теле­ско­пе обсер­ва­то­рии «Грин-Бэнк». И к резуль­та­там новых наблю­де­ний не при­де­решь­ся: обна­ру­же­но девять линий этой моле­ку­лы, что дела­ет ее нали­чие вполне досто­вер­ным.

Обна­ру­же­ние моле­ку­лы бен­зо­нит­ри­ла инте­рес­но не толь­ко тем, что она боль­шая, но и тем, что она коль­це­вая. Инфор­ма­ции о коль­це­вых моле­ку­лах в моле­ку­ляр­ных обла­ках у нас пока не так мно­го, а они могут играть важ­ную роль в син­те­зе более слож­ных орга­ни­че­ских частиц (поли­цик­ли­че­ских аро­ма­ти­че­ских угле­во­до­ро­дов, аморф­ных угле­во­до­ро­дов и пр.).

Кста­ти, отсут­ствие замет­но­го коли­че­ства циа­но­по­ли­и­на HC11N в циа­но­по­ли­и­но­вом пике свя­зы­ва­ют имен­но с воз­мож­но­стью «заколь­цо­вы­ва­ния» таких длин­ных угле­род­ных цепо­чек. Так что обна­ру­же­ние бен­зо­нит­ри­ла и необ­на­ру­же­ние HC11N могут быть вза­и­мо­свя­зан­ны­ми собы­ти­я­ми. Посколь­ку в един­ствен­ной извест­ной сей­час реак­ции син­те­за бен­зо­нит­ри­ла в каче­стве реа­ген­та участ­ву­ет бен­зол, новое откры­тие может быть кос­вен­ным ука­за­ни­ем и на его нали­чие в моле­ку­ляр­ных обла­ках.

Дмит­рий Вибе,
аст­ро­хи­мик, докт. физ.-мат. наук, зав. отде­лом физи­ки и эво­лю­ции звезд Инсти­ту­та аст­ро­но­мии РАН

1. adsabs.harvard.edu/abs/1997ApJ…483L..61B

2. adsabs.harvard.edu/abs/2016MNRAS.463.4175L

3. arxiv.org/abs/1710.10178

4. science.sciencemag.org/content/359/6372/202

5. arxiv.org/abs/1708.06829

6. adsabs.harvard.edu/abs/1984A%26A…130..227J

Если вы нашли ошиб­ку, пожа­луй­ста, выде­ли­те фраг­мент тек­ста и нажми­те Ctrl+Enter.

Связанные статьи

avatar
3 Цепочка комментария
0 Ответы по цепочке
2 Подписки
 
Популярнейший комментарий
Цепочка актуального комментария
3 Авторы комментариев
СергейpaulkorryAndrey Enyashin Авторы недавних комментариев
  Подписаться  
Уведомление о
Andrey Enyashin
Andrey Enyashin

а фул­ле­рен С60 раз­ве не боль­ше?

paulkorry
paulkorry

Не очень понят­но, что здесь уди­ви­тель­но­го. Бен­зол в кос­мо­се дав­но уже обна­ру­жен:
http://sci.esa.int/iso/25880-iso-detects-benzene-in-space/
А бен­зо­нит­рил – это бен­зол с CN-ради­ка­лом. CN-ради­кал – это одна из самых ста­биль­ных двух­атом­ных моле­кул, они есть в атмо­сфе­ре Солн­ца. Бен­золь­ное коль­цо – это, в общем, пер­вая ста­дия фор­ми­ро­ва­ния гра­фи­та, самой ста­биль­ной алло­троп­ной фор­мы угле­ро­да. Угле­род, водо­род, азот – наи­бо­лее рас­про­стра­нен­ные эле­мен­ты во Все­лен­ной, они участ­ву­ют в тер­мо­ядер­ных реак­ци­ях в нед­рах звезд, а в обла­стях, где атмо­сфе­ра звезд охла­жда­ет­ся, из них навер­ня­ка обра­зу­ют­ся раз­лич­ные моле­ку­лы. Какая-нибудь аро­ма­ти­ка и дру­гие ста­биль­ные моле­ку­лы с сопря­жен­ны­ми свя­зя­ми там тоже навер­ня­ка лета­ют.

Сергей
Сергей

Стран­но, что такие «угле­ро­ди­стые» моле­ку­лы вооб­ще есть в моле­ку­ляр­ных обла­ках, учи­ты­вая гигант­ский избы­ток водо­ро­да. Что ли, метан сна­ча­ла замерз, потом из него чем-то водо­род сду­ло, а тут отку­да-то ато­мар­ный азот подо­спел? А, вот еще пишут, что и мета­на в этих обла­ках в сто раз мень­ше, чем CO. Чуде­са…

Оценить: 
Звёзд: 1Звёзд: 2Звёзд: 3Звёзд: 4Звёзд: 5 (Пока оценок нет)
Загрузка...
 
 

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: