Космические лучи запустили синтез предбиологической органики вокруг гигантской протозвезды
Высокоэнергетическое излучение в межзвёздной среде традиционно рассматривается как один из главных факторов разрушения сложных молекул. Однако новое исследование международной группы астрохимиков показало, что в плотных ледяных облаках вокруг молодых звёзд космические лучи могут играть прямо противоположную роль. Наблюдения массивной протозвезды Cepheus A HW2 впервые дали прямые свидетельства того, что потоки радиации способны запускать интенсивный синтез сложной органики и поддерживать образование предбиологических молекул (предшественников жизни) даже в экстремально агрессивной среде.
Чтобы подтвердить эту гипотезу в экстремальных условиях, учёные сфокусировались на массивной протозвезде Cepheus A HW2, расположенную в 700 парсеках от Земли, которая тяжелее Солнца в 12–24 раза и светит в десять тысяч раз ярче. Объект был выбран не случайно. Главное отличие этой уникальной «лаборатории» — наличие мощного ионизированного джета. Исследования давно предполагали, что внутри таких джетов из-за мощных ударных волн могут рождаться собственные, локальные космические лучи.
На протяжении 2024–2025 годов международная команда, объединившая радиоастрономов и специалистов по физике межзвездной среды из Института Нильса Бора (Дания), Обсерватории Онсала (Швеция), Института Макса Планка (Германия) и ведущих университетов США, проводила высокочувствительное сканирование этого региона. Работа велась на базе шведского 20-метрового радиотелескопа Онсала. Благодаря точности приборов, удалось зафиксировать слабое радиоизлучение молекул в диапазонах от 3 до 7 миллиметров и составить детальную химическую карту газового кокона протозвезды.
Вместо однородного облака радиоастрономы обнаружили внутри региона два независимых потока газа, движущихся с разной скоростью — около 11 км/с и 5 км/с относительно стандартов галактики. Эти два потока послужили идеальной экспериментальной базой: один из них оказался в зоне прямого воздействия джета, а второй фактически сыграл роль чистой «контрольной группы».
Ранее лабораторные эксперименты и симуляции показали, что космические лучи стимулируют образование и выброс сложных органических молекул, таких как метанол. Однако до сих пор это в основном проверялось в «спокойных» ядрах малых масс. Авторам было важно выяснить, как этот механизм работает в экстремальных условиях массивных протозвёзд, где поток космических лучей может быть значительно выше. Иллюстрация: Nano BananaСравнительный анализ этих двух зон принёс главное научное открытие. В потоке газа со скоростью 11 км/с уровень ионизации космическими лучами оказался в десятки раз выше, чем в соседнем спокойном резервуаре, и значительно превысил средний фоновый уровень галактики. И именно в этой сильно облучённой зоне астрохимики обнаружили колоссальное богатство сложной органики. Здесь были чётко зафиксированы метанол, метилцианид, ацетальдегид, кетен и метилформиат — вещества, которые наука относит к «строительным блокам жизни», поскольку они служат основой для последующего синтеза аминокислот и других биологических молекул.
Физика этого процесса, подтверждённая компьютерным моделированием, оказалась изящной и тонкой. Высокое механическое давление и поток радиации от джета не уничтожают молекулы. Напротив, космические лучи «взламывают» простейшие льды на поверхности космических пылинок, заставляя химические элементы активно вступать в реакции и буквально выбивая получившуюся сложную органику обратно в газовую фазу, где её и смогли засечь земные телескопы. В «контрольном» потоке скорости 5 км/с, где уровень радиации остался стандартным, сложной органики практически не обнаружилось.
Чтобы измерить невидимые потоки космических лучей внутри Cepheus A HW2, исследователи использовали ионы простых газов как косвенные улики и микроскопические щупы. Измеряя их концентрацию и степень дейтерирования (замещения обычного водорода на тяжёлый дейтерий), учёные смогли математически точно рассчитать параметры среды. Наблюдения показали, что температура в органическом ядре составляет вполне комфортные по космическим меркам 33 Кельвина, а общая масса исследованного газового облака достигает 133 масс Солнца.
Это исследование закрывает важное белое пятно в понимании эволюции Вселенной. Ранее подобные химические механизмы проверялись лишь в тихих и маломассивных регионах космоса, вроде тех, где когда-то сформировалась Солнечная система. Теперь учёные увидели, что даже в экстремальных, агрессивных условиях вокруг звёзд-гигантов законы астрохимии работают бесперебойно, запуская синтез предбиологических соединений на самых ранних этапах формирования звёздных систем.
Результаты этой международной работы станут инструкцией для интерпретации данных с крупнейших астрономических инструментов. Понимание того, как локальные энергетические частицы влияют на формирование предбиологической органики, позволит точнее оценивать химический потенциал далёких планетных систем и глубже заглянуть в тайну зарождения жизни во Вселенной.
© iXBT
