Группа ученых с помощью высокочувствительных радиотелескопов обнаружила первую сложную органическую хиральную молекулу в межзвездном пространстве. Молекула оксида пропилена (CH3CHOCH2) была обнаружена недалеко от центра нашей Галактики в огромном звездообразующем облаке пыли и газа, известном как Стрелец B2 (Sgr B2).Исследование проводилось в основном с помощью телескопа Грин-Бэнк (GBT) Национального научного фонда в Западной Вирджинии в рамках Prebiotic Interstellar Molecular Survey. Дополнительные подтверждающие наблюдения были сделаны с помощью радиотелескопа Паркса в Австралии.
«Это первая обнаруженная в межзвездном пространстве молекула, обладающая свойством хиральности, что делает ее новаторским шагом вперед в нашем понимании того, как пребиотические молекулы образуются во Вселенной и какое влияние они могут оказывать на происхождение жизни», — сказал Бретт. Макгуайр, химик и научный сотрудник Янски из Национальной радиоастрономической обсерватории (NRAO) в Шарлоттсвилле, Вирджиния.«Оксид пропилена — одна из самых сложных и структурно сложных молекул, обнаруженных до сих пор в космосе», — сказал Брэндон Кэрролл, аспирант-химик Калифорнийского технологического института в Пасадене. «Обнаружение этой молекулы открывает дверь для дальнейших экспериментов по определению того, как и где возникает молекулярная хиральность и почему одна форма может быть немного более распространенной, чем другая».МакГуайр и Кэрролл впервые стали авторами статьи, опубликованной сегодня в журнале Science.
Они также представляют свои результаты на собрании Американского астрономического общества в Сан-Диего, Калифорния.
Формирование и обнаружение молекул в космосеСложные органические молекулы, подобные Sgr B2, образуются в межзвездных облаках несколькими способами. Самый простой путь — это химия в газовой фазе, в которой частицы сталкиваются и сливаются, образуя все более сложные молекулы. Однако после производства таких крупных органических соединений, как метанол (CH3OH), этот процесс становится намного менее эффективным.
Астрономы полагают, что тонкие ледяные покровы на пылинках помогают формировать более сложные молекулы, такие как оксид пропилена, чтобы соединять маленькие молекулы в более длинные и большие структуры. Эти молекулы могут затем испаряться с поверхности зерен и далее реагировать в газе окружающего облака.На сегодняшний день в космосе обнаружено более 180 молекул.
Каждая молекула, поскольку она естественно кувыркается и колеблется в почти вакууме межзвездной среды, испускает отличительную сигнатуру, серию контрольных всплесков, которые появляются в радиоспектре. Соответственно, более крупные и сложные молекулы имеют более сложную сигнатуру, что затрудняет их обнаружение.
Чтобы заявить об окончательном обнаружении, ученые должны наблюдать несколько спектральных линий, связанных с одной и той же молекулой. В случае оксида пропилена исследовательская группа обнаружила две такие линии с GBT. Третий — на частоте, которую трудно наблюдать из северного полушария из-за спутниковых радиопомех.
Кэрролл, Макгуайр и их коллеги использовали телескоп Паркса, чтобы выделить последнюю спектральную линию, необходимую для проверки их результатов.Однако текущие данные не различают левую и правую версии молекулы. Помимо того же химического состава, хиральные молекулы имеют одинаковые температуры плавления, кипения и замерзания и одинаковые спектры. «Эти спектры похожи на тени ваших рук, — сказал Кэрролл. «Невозможно сказать, правая или левая рука отбрасывают тень».
Это представляет проблему для исследователей, пытающихся определить, является ли одна версия оксида пропилена более распространенной, чем другая.Хиральность в космосе, рука помощи биологии на ЗемлеКаждое живое существо на Земле использует одну и только одну руку из многих типов хиральных молекул.
Эта черта, называемая гомохиральностью, имеет решающее значение для жизни и имеет важное значение для многих биологических структур, включая двойную спираль ДНК. Ученые еще не понимают, как биология стала полагаться на одну руку, а не на другую. Исследователи предполагают, что ответ может быть найден в том, как эти молекулы естественным образом формируются в космосе, прежде чем они будут включены в астероиды и кометы, а затем откладываются на молодых планетах.«Метеориты в нашей Солнечной системе содержат хиральные молекулы, которые появились раньше самой Земли, а хиральные молекулы недавно были обнаружены в кометах», — отметил Кэрролл. «Такие маленькие тела могут быть тем, что подтолкнуло жизнь к тому, что мы видим сегодня рукой».
«Открыв хиральную молекулу в космосе, мы, наконец, получили способ изучить, где и как образуются эти молекулы, прежде чем они попадут в метеориты и кометы, и понять роль, которую они играют в происхождении гомохиральности и жизни», — сказал МакГуайр. .Исследователи полагают, что в конечном итоге можно будет определить, есть ли превышение односторонности оксида пропилена над другим, изучив, как поляризованный свет взаимодействует с молекулами в космосе.«Межзвездное молекулярное исследование пребиотиков является кульминацией почти десятилетней исследовательской кампании GBT», — сказал Энтони Ремиджан, астрохимик из NRAO и глава исследовательской группы. «Это бесценный ресурс, который помогает нам понять космическое происхождение этой и других столь же неуловимых молекул».100-метровый телескоп Грин-Бэнк — крупнейший в мире полностью управляемый радиотелескоп.
Национальная радиоастрономическая обсерватория — объект Национального научного фонда, управляемый в соответствии с соглашением о сотрудничестве Associated Universities, Inc.