Серия «Астрофизика»

Ученым удалось обнаружить в межзвездном пространстве гигантские серосодержащие кольца — сложные структуры, само существование которых в открытом космосе долгое время ставилось под сомнение. Эти данные заставляют пересмотреть современные представления о химическом составе Вселенной. Открытие меняет и наше понимание того, как зародилась жизнь на Земле, демонстрируя, что строительные блоки для биологических систем могли сформироваться непосредственно в космических глубинах.

Находка в центре Галактики

Группа исследователей из Института внеземной физики Макса Планка совместно с учеными из Центра астробиологии идентифицировала самую крупную серосодержащую молекулу из когда-либо найденных в космосе — 2,5-циклогексадиен-1-тион (C₆H₆S). Открытие было сделано при наблюдении за молекулярным облаком G+0.693–0.027, расположенным в центре Млечного Пути, на расстоянии около 27 000 световых лет от Земли.

До этого момента астрономам удавалось фиксировать в межзвездной среде лишь простые соединения серы. Обнаружение C₆H₆S меняет правила игры: это сложная структура из 13 атомов, организованных в устойчивое шестигранное кольцо.

«Это первое однозначное обнаружение сложной кольцеобразной молекулы, содержащей серу, в межзвездном пространстве. Это важнейший шаг к пониманию химической связи между космосом и строительными блоками жизни», — отмечает ведущий автор исследования Мицунори Араки (Mitsunori Araki).

По словам ученых, открытие устанавливает прямой «химический мост» между молекулярными облаками и материалами, которые мы находим в кометах и метеоритах Солнечной системы.

Роль серы и химия глубокого космоса

Почему астрофизики ищут именно серу? Этот элемент — не просто химическая добавка, а каркас биологической жизни. Сера входит в состав ключевых аминокислот (таких как метионин и цистеин), без которых невозможен синтез белков и работа ферментов.

Тот факт, что такие массивные молекулы, как 2,5-циклогексадиен-1-тион, способны формироваться и выживать в суровых условиях радиации и вакуума, доказывает: космос — это гигантская химическая лаборатория.

Этот тезис подкрепляется и параллельным исследованием ученых из Орхусского университета. Их эксперименты показали, что на поверхности частиц космической пыли, при экстремально низких температурах, аминокислоты могут самостоятельно собираться в пептиды. Таким образом, процесс усложнения материи — от атомов к кольцам и цепочкам — начинается задолго до формирования планет.

От доставки к катализу

Как эти космические «заготовки» стали жизнью? Основная теория предполагает массивную «доставку» ингредиентов на раннюю Землю посредством кометной и метеоритной бомбардировки.

Однако для возникновения жизни одной доставки мало. Попадая на планету, эти молекулы оказывались в уникальной среде. Земные условия способствовали превращению инертных газов атмосферы и простых элементов в химически активные соединения, необходимые для запуска биологических процессов.

Именно этот тандем — космическая доставка сложной «архитектуры» и земной катализ — объясняет, почему жизнь возникла так быстро. Древнейшие следы биологической активности (например, в графитовых породах Гренландии возрастом 3,7 млрд лет) указывают на то, что биосфера начала формироваться практически сразу, как только планета достаточно остыла. Жизни не нужно было тратить миллионы лет на «изобретение» базовых молекул — они были предоставлены космосом в изобилии.

Заключение

Открытие молекулы C₆H₆S закрывает важный пробел в нашем понимании абиогенеза. Теперь мы видим, что сложные химические структуры — это не уникальная особенность Земли, а, возможно, универсальное свойство Вселенной. Космос обеспечивает «детали конструктора», а планетарные условия собирают их в единое целое.

Ученые из Университета Висконсина-Мэдисон совершили прорыв в астрофизике, определив механизм, объясняющий, как из хаоса космической турбулентности рождаются упорядоченные крупномасштабные магнитные поля. Результаты, полученные с помощью одной из самых сложных в истории компьютерных симуляций и опубликованные в журнале Nature, открывают новые перспективы для понимания множества явлений — от слияния нейтронных звезд до прогнозирования солнечной активности.

Прорыв после семидесяти лет научных поисков

Магнитные поля пронизывают Вселенную: они управляют солнечным ветром, участвуют в формировании галактик и влияют на движение частиц высоких энергий. Однако их природа десятилетиями оставалась для ученых загадкой. Главный парадокс состоял в следующем: наблюдаемые в космосе поля крупномасштабны и упорядочены, тогда как все существующие теории предсказывали, что турбулентность плазмы способна порождать лишь мелкомасштабный хаотичный магнетизм.

«Проблема генерации магнитных полей изучалась на протяжении 70 лет, и разочаровывающий результат был почти всегда один: смоделированные поля получались мелкомасштабными и крайне неупорядоченными, что противоречит наблюдениям, — объясняет Пол Терри, профессор физики в UW–Madison и старший автор исследования. — Эта работа потенциально решает давнюю проблему».

Исследовательская группа под руководством Биндеша Трипати, научного сотрудника Колумбийского университета, предложила новый подход, основанный на двух ключевых идеях. Ученые предположили, что недостающий элемент — это постоянный градиент скорости, который возникает, когда разные слои газа или плазмы движутся с разной скоростью. Подобное происходит, например, в недрах Солнца или при слиянии нейтронных звезд.

Критическая роль устойчивых градиентов скорости

«Учитывая, что турбулентность известна как разрушительный агент, оставался вопрос: как она может создавать что-то конструктивное и крупномасштабное?» — говорит Трипати. Ответ заключается в поддержании устойчивого градиента скорости.

С помощью беспрецедентной по своему масштабу симуляции использующей около половины мощностей суперкомпьютера Anvil в Университете Пердью, команда смоделировала поведение плазмы в сетке из 137 миллиардов точек. За почти 100 миллионов процессор-часов было сгенерировано 0.25 петабайта данных. Результат оказался однозначным: при наличии в модели устойчивого градиента скорости изначально хаотичные магнитные вихри со временем самоорганизовывались в единое упорядоченное поле. В симуляциях, где градиент скорости затухал, этого не происходило — оставался лишь хаос.

«Так что это и есть главный ключ: наличие устойчивого, крупномасштабного градиента скорости», — подчеркивает Трипати.

От лаборатории до космоса

Хотя напрямую проверить теорию в далеком космосе пока невозможно, она уже нашла подтверждение в земных условиях. Выяснилось, что новая модель точно описывает результаты лабораторного эксперимента 2012 года, проведенного в Wisconsin Plasma Physics Laboratory. Данные того эксперимента противоречили всем теориям, существовавшим на тот момент, но теперь идеально вписываются в новую модель.

Потенциал практического применения открытия огромен. «Эта работа может объяснить динамику магнитных полей, возникающих, например, при слиянии нейтронных звезд и формировании черных дыр, что имеет прямое отношение к мультимессенджерной астрономии», — отмечает Трипати. Кроме того, это поможет лучше понимать магнитные поля звезд и точнее прогнозировать выбросы солнечной плазмы в сторону Земли, влияющие на нашу «космическую погоду».