В Самаре создали установку для изучения эволюции органических молекул Млечного Пути
Самарские ученые запустили экспериментальную установку, которая воспроизводит условия дальнего космоса. Устройство позволяет изучить эволюцию органических молекул в нашей Галактике и понять, как зародилась жизнь на Земле. Ученые уже добились первых результатов — из метанового льда удалось получить пропан и бутан.
Установка находится в Центре лабораторной астрофизики Самарского филиала Физического института имени П.Н. Лебедева РАН (СФ ФИАН). Созданием и запуском оборудования занимались ученые СФ ФИАН и Самарского университета имени Королева. Устройство позволяет моделировать в широком диапазоне химических и физических параметров условия дальнего космоса, а именно того, как космическое ионизирующее излучение влияет на аналоги внеземных, межзвездных льдов.
Во время первых экспериментов таким способом ученые получили из метанового льда высокомолекулярные компоненты природного газа. «Основной задачей этих первых экспериментов, было, во-первых, проверить, что установка работает так, как было задумано, а во-вторых, посмотреть под новым углом на химические процессы в метановом межзвездном льду», — рассказал доцент кафедры физики Самарского университета имени Королева Иван Антонов.
При облучении образуются более высокомолекулярные углеводороды, но при этом механизмы реакций различаются в зависимости от того, чем лед облучают. «Мы использовали УФ-фотоны с энергией 10.5 эВ, это близко к линии атомарного водорода Лайман-альфа — таких фотонов в космосе особенно много в свете молодых звезд», — пояснил Антонов. Метановый лед удалось наморозить в установке в виде очень тонкой пленки менее 1 микрометра толщиной, при температуре менее 5 Кельвинов (-268 градусов Цельсия). После облучения, кроме метана, исследователи увидели во льду молекулярный водород, воду, которая образовалась в реакциях метана с примесью кислорода, а также более высокомолекулярные углеводороды — пропан и бутан. «Эксперименты показали, что установка работает как задумано. Полученные данные по механизмам образования пропана и бутана мы опубликуем и представим на научных конференциях», — добавил Антонов.
Идея изучения взаимодействия ионизирующего излучения с аналогами межзвездных льдов — не нова, но ученые до сих пор точно не могут сказать, как синтезируются сложные органические молекулы в межзвездном пространстве. Проводить исследования раньше было сложно из-за технических ограничений и отсутствия нужного оборудования.
Внутри созданной в Самаре установки можно воспроизводить условия различных уголков межзвездной среды — от холодных молекулярных облаков до областей звездообразования. Температуру можно регулировать в диапазоне от 4 до 350 градусов Кельвина (от -269 до +76 градусов Цельсия). Специальные насосы внутри основной камеры установки создают сверхвысокий вакуум, благодаря чему в рабочем пространстве не появятся загрязнения или примеси.
В центре основной камеры установлено крохотное серебряное зеркальце площадью всего 1 кв. см. Во время экспериментов с помощью газовых конденсационных узлов на нем образуется тонкая ледяная «мантия» толщиной в несколько сотен нанометров — именно такую толщину имеет лед, который покрывает частицы звездной пыли в космосе, считают ученые. В составе льда, помимо воды, — ароматические молекулы в разных процентных соотношениях.
Покрытое льдом серебряное зеркальце выступает в роли мишени, которую во время экспериментов «обстреливают» пучками частиц — фотонов, электронов и других, как это происходит в реальных условиях космоса. Продукты реакций, которые образуются в результате, фиксируют и анализируют научные приборы. Согласно расчетам, установка «ускоряет» время протекания реакций — например, уровень облучения фотонами ледяной мишени на установке в течение девяти часов эквивалентен такому же воздействию в реальных условиях космоса за одни миллион лет.
Эксперименты на установке позволят получить биологически важные молекулы, чтобы понять, как в космосе образуются простейшие аминокислоты, которые затем могут попасть на Землю. Научное оборудование также пригодится для испытаний перспективных материалов для обшивки космических кораблей и спутников на радиационную прочность. Для этого установка получит несколько источников энергетических частиц, чтобы наглядно показывать, что произойдет с тем или иным веществом в условиях космоса с течением времени.
