В ледяной тьме Млечного Пути найдена сера, с которой начинается всё живое

В холодных пылевых областях между звездами, где нет ни планет, ни света, а вещество годами остается в темноте, астрономы обнаружили молекулу, которую раньше там не находили. В межзвездной среде зафиксировано самое крупное серосодержащее соединение из всех, известных на сегодня науке.

Речь идет о кольцевой молекуле 2,5-циклогексадиен-1-тиона с формулой C₆H₆S. Ее нашли в большом молекулярном облаке рядом с центром Млечного Пути, в области G+0.693–0.027, расположенной примерно в 27 тысячах световых лет от Земли. Это облако особенно интересно тем, что в нем еще не началось звездообразование. Там нет ни звезд, ни планет, ни протопланетных дисков, только холодный газ и пыль. Это значит, что сложная химия возникает еще до появления звездных систем.

Для астрохимии это важный момент. В космосе давно находят сложные органические молекулы на основе углерода, но соединения серы долго оставались неожиданно простыми. Обычно это были структуры из нескольких атомов, максимум 6. При этом в метеоритах и кометах в Солнечной системе химия серы гораздо богаче и сложнее. Возникал логичный вопрос: куда она пропадает между стадией межзвездных облаков и формированием планетных тел.

Чтобы разобраться в этом, исследователи начали не с телескопов, а с лаборатории. Вместо попыток угадать, какие серные молекулы могут существовать в космосе, они решили сначала создать такую молекулу искусственно, а уже потом искать ее следы в астрономических данных. В качестве исходного вещества использовали тиофенол, жидкость с резким запахом, содержащую серу. Через него пропустили электрический разряд напряжением около 1000 вольт. Под действием энергии молекулы разрушались и заново соединялись, образуя новые структуры, похожие на те, что могут возникать в межзвездной среде. Среди продуктов реакции появилась устойчивая молекула C₆H₆S с шестичленным углеродным кольцом и общей структурой из 13 атомов.

Дальше понадобилось понять, как именно эту молекулу можно увидеть в космосе. В астрономии молекулы находят не по изображению, а по радиоспектру. При вращении каждая молекула излучает радиоволны строго определенных частот. Ученые с помощью специально собранного спектрометра измерили эти частоты для C₆H₆S с очень высокой точностью, до 7 значащих цифр. В итоге получился уникальный радиоспектральный отпечаток соединения.

С этим набором частот исследователи обратились к данным 2 испанских радиотелескопов, IRAM 30 м и Yebes 40 м. В архивных наблюдениях сигнал обнаружился в спектрах молекулярного облака G+0.693–0.027. Он был там и раньше, но его просто не могли распознать, потому что не существовало лабораторного эталона для сравнения.

Ключевой момент в том, что это облако еще не сформировало ни одной звезды. То есть сложные серосодержащие молекулы появляются уже на самых ранних этапах эволюции вещества, задолго до рождения звезд, планет и, тем более, Земли. По сути, химическая «заготовка» для будущих планетных систем формируется еще в межзвездных облаках.

Эта находка важна не только сама по себе. Она создает прямую химическую связь между межзвездной средой и веществом, которое затем оказывается в кометах, астероидах и метеоритах. Это говорит о том, что сложные соединения серы способны переживать весь путь от молекулярных облаков через стадии звездообразования и формирования планетных систем.

При этом обнаружение одной молекулы не решает всех вопросов. Пока неизвестно, насколько широко распространены такие соединения в других областях галактики и как именно они меняются по мере эволюции звездных систем. Химия серы остается одной из самых трудных тем для астрохимии. Многие молекулы могут просто не фиксироваться приборами.

Дальнейшие исследования будут сосредоточены на поиске еще более сложных серосодержащих молекул. Эту работу планируют вести одновременно в лабораториях и в наблюдательной астрономии, постепенно расширяя базу спектральных данных и проверяя, какие формы серной химии действительно существуют в межзвездном пространстве.