Используя новые технологии на телескопе и в лабораториях, исследователи обнаружили важную пару пребиотических молекул в межзвездном пространстве. Открытия показывают, что некоторые основные химические вещества, которые являются ключевыми шагами на пути к жизни, возможно, образовались на пыльных ледяных зернах, плавающих между звездами.
Ученые использовали «Зеленый банк телескопа» Национального научного фонда (ГБТ) в Западной Вирджинии для изучения гигантского облака газа на расстоянии около 25 000 световых лет от Земли, недалеко от центра нашей Галактики Млечный Путь. Химические вещества, обнаруженные в этом облаке, включают молекулу, которая считается предшественником ключевого компонента ДНК и другая, которая может играть роль в образовании аминокислоты аланина.
Одна из недавно обнаруженных молекул, называемая цианометанимином, является одним из шагов в процессе, который, по мнению химиков, приводит к образованию аденина, одной из четырех нуклеиновых оснований, которые образуют «ступени» в лестничной структуре ДНК. Считается, что другая молекула, называемая этанамином, играет роль в формировании аланина, одной из двадцати аминокислот в генетическом коде.
«Поиск этих молекул в облаке межзвездного газа означает, что важные строительные блоки для ДНК и аминокислот могут« засеять »новообразованные планеты с помощью химических прекурсоров на всю жизнь», – сказал Энтони Ремиджан из Национальной радиоастрономической обсерватории (NRAO).
В каждом случае вновь открытые межзвездные молекулы являются промежуточными стадиями в многостадийных химических процессах, ведущих к конечной биологической молекуле. Детали процессов остаются неясными, но открытия дают новое представление о том, где происходят эти процессы.
Раньше ученые считали, что такие процессы происходили в очень тонком газе между звездами. Однако новые открытия указывают на то, что последовательности химических образований для этих молекул происходят не в газе, а на поверхностях ледяных зерен в межзвездном пространстве.
«Нам нужно сделать дальнейшие эксперименты, чтобы лучше понять, как работают эти реакции, но может быть, что некоторые из первых ключевых шагов в отношении биологических химических веществ произошли на крошечных ледяных зернах», – сказал Ремиджан.
Открытия стали возможными благодаря новой технологии, которая ускоряет процесс идентификации «отпечатков пальцев» космических химикатов. Каждая молекула имеет определенный набор вращательных состояний, которые она может принять. Когда он изменяется от одного состояния к другому, определенное количество энергии либо излучается, либо поглощается, часто как радиоволны на определенных частотах, которые можно наблюдать с помощью GBT.
Новые лабораторные методы позволили астрохимикам измерить характерные закономерности таких радиочастот для конкретных молекул. Вооружившись этой информацией, они могут сопоставлять эту картину с данными, полученными телескопом. Лаборатории в Университете Вирджинии и Гарвардско-Смитсоновский центр астрофизики измеряли радиоизлучение цианометанимина и этанамина, а частотные характеристики этих молекул соответствовали общедоступным данным, полученным в результате обследования, проведенного с GBT с 2008 по 2011 год.
Команда студентов, участвующих в специальной летней исследовательской программе для студентов из числа меньшинств в Университете Вирджинии (У.А.), провела некоторые эксперименты, ведущие к открытию цианометанимина. Студенты работали под U.Va. профессора Брукс Пат и Эд Мерфи, и Ремиджан. Программа, финансируемая Национальным научным фондом, привела студентов из четырех университетов для изучения летних исследований. Они работали в лаборатории астрохимии Пате, а также с данными GBT.
«Это довольно особенное открытие и доказывает, что студенты с ранней карьерой могут делать замечательные исследования», – сказал Пат.
Исследователи сообщают о своих выводах в «Астрофизических журнальных письмах».