У щільних холодних молекулярних хмарах, де утворюються зорі, приблизно 99 % очікуваної сірки не виявляють під час спостережень. Науковці припускають, що вона захована у крижаних пилових зернах, та перевірити це складно. Нова комп’ютерна модель уперше відтворила лабораторний експеримент із сіркою в умовах міжзоряного льоду і допомогла перевірити поточне розуміння того, як сірка поводиться у міжзоряних льодах.
Прихована у льоді
Дослідники з Інституту позаземної фізики Макса Планка та Центру астробіології (Іспанія) змоделювали поведінку сірки у міжзоряному льоді за допомогою програми pyRate. Це перша успішна модель хімії багатокомпонентного аналога міжзоряного льоду, побудована методом диференційних рівнянь швидкості.
Модель відтворювала конкретний лабораторний експеримент 2024 року. Суміш діоксиду вуглецю та дисульфіду вуглецю охолоджували до 10 кельвінів (мінус 263 градуси за Цельсієм) і опромінювали фотонами вакуумного ультрафіолетового випромінювання. Воно розщеплювало молекули й породжувало нові сірковмісні сполуки, серед них діоксид сірки, карбонілсульфід і ланцюгові алотропи чистої сірки.
Рух молекул у льоді
Симуляція виявила важливу деталь у тому, як молекули взаємодіють за таких умов. Стандартне припущення астрохіміків полягає в тому, що молекули блукають поверхнею через теплову дифузію, доки не зіткнуться одна з одною. Проте коли модель працювала лише з цим механізмом, реакція зупинялася.
За звичайних умов молекули повільно переміщуються поверхнею льоду і реагують лише після випадкового зіткнення. За температури 10 кельвінів такого руху майже немає, тож звичайна дифузія зупиняється. У недифузійній хімії атоми можуть взаємодіяти зі своїми сусідами одразу після відриву від молекули.
Глибина проникнення фотонів
Ще одним результатом стало уточнення того, наскільки глибоко фотон вакуумного ультрафіолетового випромінювання може проникати у крижані структури. Симуляція показала, що межа становить близько 100 окремих шарів молекул льоду. Раніше серед науковців тривала дискусія щодо цього показника.
Тепер отримані дані можна закласти у наступні версії астрохімічних програм. Це дасть змогу точніше моделювати хімічні процеси у міжзоряному льоді під час майбутніх досліджень.
Між моделлю і реальністю
Утім, між симуляцією та реальним експериментом 2024 року виникли розбіжності. Модель передбачала зовсім інший набір сполук, ніж той, що утворився насправді, і в інших пропорціях. Це свідчить про те, що поточне розуміння хімічних реакцій у міжзоряному льоді ще неповне.
Детальніший аналіз інфрачервоних спектрів пояснив частину розбіжностей. Хімічні сигнатури монооксиду сірки та моносульфіду вуглецю збігалися зі спектром діоксиду сірки й, найімовірніше, були замасковані ним під час первинного аналізу.
Наступні кроки
Отримані результати дадуть можливість вдосконалити pyRate, щоб модель точніше відповідала лабораторним показникам. Водночас нові дані про глибину проникнення фотонів і роль недифузійної хімії можуть вплинути на планування майбутніх спостережних кампаній за допомогою James Webb.
Робота також показала, що частина сірки, яка зникає під час експерименту, не дає чітких спектральних ознак і тому її важко виявити сучасними спостережними методами. Цей механізм може пояснювати й відсутність сірки у спостереженнях реальних молекулярних хмар.
Сірка бере участь у пребіотичній хімії — процесах, що передують виникненню життя, — і вважається необхідним елементом для біологічних систем. Тому розуміння розподілу сірки у молекулярних хмарах важливе і для питання про придатність майбутніх планет до існування життя.
За матеріалами phys.org
