Учёные, возможно, нашли «пропавшую» серу во Вселенной

Облака космической пыли и газа содержат многие строительные блоки, необходимые для жизни, но сера в них загадочным образом редка. Одной из самых распространенных форм серы является S8 — кольцо из атомов серы, образующее короноподобную структуру. Команда астрохимиков, включая исследователя из Университета Миссисипи, обнаружила, что эти «короны» могут помочь указать ученым верное направление. Автор: John McCustion/University Marketing and Communications

Десятилетиями астрохимики искали атомы серы в космосе и с удивлением обнаруживали крайне мало этого элемента, который является ключевым ингредиентом для жизни. Новое исследование может указать, где она пряталась.

Международная команда исследователей, в которую вошли Райан Фортенберри, астрохимик из Университета Миссисипи, Ральф Кайзер, профессор химии Гавайского университета в Маноа, и Самер Гозем, вычислительный химик из Университета штата Джорджия, опубликовала свою работу в журнале Nature Communications.

«Сероводород повсюду: он является продуктом угольных электростанций, влияет на кислотные дожди, изменяет уровень pH океанов и выделяется из вулканов», — пояснил Фортенберри. — «Если мы лучше поймем, на что способна химия серы, технологическая коммерциализация, которая может из этого последовать, станет возможной только на основе фундаментальных знаний».

Сера является 10-м по распространенности элементом во Вселенной и считается жизненно важным химическим элементом для планет, звезд и жизни. Нехватка молекулярной серы в космосе годами оставалась загадкой.

«Наблюдаемое количество серы в плотных молекулярных облаках меньше — по сравнению с прогнозируемой газофазной распространенностью — на три порядка величины», — отметил Кайзер.

Ответ, возможно, кроется в межзвёздном льде.

В холодных регионах космоса сера может образовывать две различные стабильные конфигурации: октасерные «короны» (группа из восьми атомов серы, сконфигурированных в кольцеобразные короны) и полисульфаны (цепи атомов серы, связанные водородом). Эти молекулы могут формироваться на ледяных пылевых зернах, запирая серу в твердые формы.

«Если использовать, к примеру, космический телескоп «Джеймс Уэбб», вы получаете определенную сигнатуру на конкретных длинах волн для кислорода, углерода, азота и так далее», — объяснил Фортенберри. — «Но когда вы делаете то же самое для серы, всё выходит из строя, и мы не знаем, почему молекулярной серы так мало. То, что показывает эта работа, — это то, что наиболее распространенные формы серы, которые мы уже знаем, вероятно, и есть то место, где сера прячется».

Исследование Кайзера и Фортенберри показало, что эти богатые серой молекулы могут быть abundant в ледяных регионах межзвёздного пространства, предоставляя астрономам потенциальную дорожную карту для решения загадки серы.

«Лабораторное моделирование межзвёздных условий, подобное этому исследованию, обнаруживает возможные запасы серосодержащих молекул, которые могут формироваться на межзвёздных льдах», — сказал Кайзер. — «Астрономы затем могут использовать результаты и искать эти полисульфановые молекулы в межзвёздной среде с помощью радиотелескопов после их сублимации в газовую фазу в регионах звездообразования».

Причина, по которой серу было так трудно найти, заключается в том, что образуемые ею связи постоянно меняются, превращаясь из «корон» в цепи и множество других форм.

«Она никогда не сохраняет одну и ту же форму», — сказал Фортенберри. — «Она похожа на вирус — по мере движения она меняется».

Работа исследователей идентифицирует возможные стабильные конфигурации, которые астрономы могут искать во Вселенной.

«То, что я люблю в астрохимии, — это то, что она заставляет задавать сложные вопросы, а затем заставляет придумывать творческие решения», — поделился Фортенберри. — «И эти сложные вопросы и творческие решения могут иметь значительные, непреднамеренные положительные последствия».

Источники:

Материалы предоставлены Университетом Миссисипи.

Ashanie Herath, Mason McAnally, Andrew M. Turner, Jia Wang, Joshua H. Marks, Ryan C. Fortenberry, Jorge C. Garcia-Alvarez, Samer Gozem, Ralf I. Kaiser. Missing interstellar sulfur in inventories of polysulfanes and molecular octasulfur crowns. Nature Communications, 2025; 16 (1) DOI: 10.1038/s41467-025-61259-2