Ученые раскрыли космические отпечатки серных колец

Инфракрасный спектр нейтрального S₈. Автор: Nature Communications (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-50303-2

Сера необходима всем живым существам и является одним из шести химических элементов, входящих в состав ДНК. Но его путь от межзвездных облаков до планет и их атмосфер малоизвестен. Сера находится в диффузных газовых облаках нашей галактики. Однако, когда эти газовые облака сжимаются, образуя новые звезды и планеты, большая часть серы ускользает от человеческого обнаружения.

Ученый Пьеро Феррари говорит: «До сих пор только 1% космического резервуара серы приходился в космосе, например, на диоксид серы или сероводород. Остается неясным, как и в какой форме сера доставляется на молодую планету. образуя диски, такие как Земля или Венера».

Чтобы решить проблему недостающей серы, астрохимики предположили, что атомарная сера может быть заключена в большую кольцевую молекулу, состоящую из одной серы. Используя модели для моделирования химических реакций в темных межзвездных облаках (где формируются звезды и планеты), они обнаружили, что могут образовываться цепочки и кольца серы, особенно кольцеобразное S ₈.

Недавно это подтвердилось, когда на комете Розетта и на астероиде были обнаружены молекулы серы, содержащие до четырех атомов серы.

Однако их стабильность не совсем понятна, поэтому остается открытым вопрос о том, как такие кольца и цепочки могут выжить во время формирования планет. Более того, их присутствие в темных облаках установить не удалось, поскольку для этого необходимо знать их инфракрасные спектры.

Используя лазер на свободных электронах в HFML-FELIX, команда впервые зафиксировала инфракрасную спектральную подпись наиболее стабильной молекулы серы, октасеры или S ₈, а также нескольких более мелких молекул серы. Это открывает возможность поиска этих молекул в межзвездных темных облаках с помощью мощного космического телескопа Джеймса Уэбба.

Феррари говорит: «Однако предварительные оценки показывают, что обнаружение S ₈ с помощью JWST по-прежнему будет сложной задачей».

Команде также удалось выяснить, как распадается S ₈, то есть, какие это фрагменты и сколько энергии на это уходит. Новые данные показывают, что S ₈ более хрупкий, чем предполагалось ранее в моделях, а это означает, что его выживанию могут поставить под угрозу фотоны высокой энергии или космические частицы.

Эти данные имеют большое значение для астрохимических моделей, которые рассматривают химические пути, связывающие образование молекул в межзвездной среде и их присутствие в атмосферах и недрах планет.

Феррари добавляет: «Зная космические следы таинственного, но важнейшего элемента серы, мы можем сосредоточить наши поиски путей, которыми сера достигает новых планет в нашей галактике. Это позволяет нам лучше понять, как формируется жизнь».

Больше информации: Piero Ferrari et al, Laboratory infrared spectra and fragmentation chemistry of sulfur allotropes, Nature Communications (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-50303-2

Источник: Radboud University