Астрофизики доказывают, что частицы пыли в космосе смешиваются со льдом

Вещество между звездами в галактике, называемое межзвездной средой, состоит не только из газа, но и из большого количества пыли. В какой-то момент времени звезды и планеты возникли в такой среде, потому что частицы пыли могут собираться вместе и сливаться в небесные тела. На этих частицах также происходят важные химические процессы, из которых возникают сложные органические молекулы.

Однако для того, чтобы эти процессы были возможны, должна присутствовать вода. В особо холодных космических средах вода встречается в виде льда. Однако до сих пор связь между льдом и пылью в этих областях космоса оставалась неясной. Исследовательская группа из Йенского университета имени Фридриха Шиллера и Института астрономии имени Макса Планка доказала, что частицы пыли и лед смешиваются.

«До сих пор мы не знали, отделяется ли лед от пыли или смешивается с отдельными частицами пыли», — объясняет доктор Алексей Потапов из Йенского университета. — Мы сравнили спектры силикатов лабораторного производства, водяного льда и их смесей с астрономическими спектрами протозвездных оболочек и протопланетных дисков».

Астрофизики могут получить ценную информацию из этих данных. «Мы должны понимать различные физические условия в различных астрономических средах, чтобы улучшить моделирование физико-химических процессов в космосе», — говорит Потапов. Этот результат позволил бы исследователям лучше оценить количество материала и сделать более точные заявления о температурах в различных областях межзвездных и околозвездных сред.

С помощью экспериментов и сравнений ученые из Йенского университета также наблюдали, что происходит с водой, когда температура повышается и лед покидает твердое тело, с которым он связан, и переходит в газовую фазу примерно при -93 градуса Цельсия.

«Некоторые молекулы воды так сильно связаны с силикатом, что остаются на поверхности или внутри частиц пыли», — говорит Потапов. «Мы подозреваем, что такая «захваченная вода» также существует на частицах пыли в космосе или в них. По крайней мере, об этом свидетельствует сравнение спектров, полученных в лабораторных экспериментах, и спектров в так называемой диффузной межзвездной среде. Мы нашли четкие указания на то, что там существуют подобные молекулы воды».

Существование такой воды наводит на мысль о том, что сложные молекулы могут присутствовать и на частицах пыли в диффузной межзвездной среде. Если в таких частицах присутствует вода, то до сложных органических молекул, не так уж далеко. Это связано с тем, что частицы пыли обычно состоят из углерода, который в сочетании с водой и под воздействием ультрафиолетового излучения, находящегося в окружающей среде, способствует образованию метанола. Органические соединения уже наблюдались в этих областях межзвездной среды, но до сих пор неизвестно, где они возникли.

Наличие воды в твердом состоянии также может ответить на вопросы о другом элементе – о кислороде: хотя мы знаем количество кислорода в межзвездной среде, у нас ранее не было никакой информации о том, где именно находится около трети его. Новые результаты исследований позволяют предположить, что вода в силикатах является скрытым резервуаром кислорода.

Кроме того, «захваченная вода» может помочь в понимании того, как накапливается пыль, поскольку она может способствовать слипанию более мелких частиц с образованием более крупных частиц. Этот эффект может даже сработать при формировании планет. «Если нам удастся доказать, что «захваченная вода» существовала или могла существовать в «строительных блоках» Земли, возможно, даже появятся новые ответы на вопрос о том, как вода попала на Землю», — рассказывает Алексей Потапов. Но пока это только предположения, которые йенские исследователи хотят продолжить в будущем.