В холодных пыльных облаках, из которых образуются звёзды, в туманности Карина. Credit: ESO/APEX/T. Preibisch et al. (Submillimetre); N. Smith, University of Minnesota/NOAO/AURA/NSF (Optical)
Сера — десятый по распространённости элемент в нашей Солнечной системе и в межзвёздной среде. Но когда астрономы направляют свои мощные телескопы на молекулярные облака и регионы формирования звёзд в космосе, они обнаруживают, что газообразной серы странным образом не хватает.
«Если вы используете, например, космический телескоп Джеймса Уэбба, вы получите специфический сигнал на определённых длинах волн для кислорода, углерода, азота и так далее, — говорит астрохимик Райан Фортенберри, доцент Университета Миссисипи, США. — Но когда вы делаете это для серы, что-то не сходится, и мы не знаем, почему молекулярной серы недостаточно».
Ральф Кайзер, профессор химии Гавайского университета в Маноа, США, объясняет: «Наблюдаемое количество серы в плотных молекулярных облаках меньше — по сравнению с прогнозируемыми содержаниями в газовой фазе — на три порядка».
Эта фундаментальная дилемма в области астрохимии, известная как «проблема дефицита серы», возможно, наконец-то объяснена в новом исследовании, опубликованном в журнале Nature Communications.
Исследование показывает, что сера, вероятно, скрывается в «наиболее распространённых формах серы, о которых мы уже знаем», — говорит Фортенберри.
Молекулярные облака, состоящие из газа и пыли, находятся в межзвёздной среде, в областях между звёздными системами.
Когда Фортенберри, Кайзер и их коллеги смоделировали условия температуры и давления межзвёздного пространства в лаборатории, они обнаружили, что на этих ледяных пылевых зёрнах могут образовываться 2 стабильные формы молекулярной серы.
Они показывают, что сероводород (H2S) на межзвёздной пыли может быть преобразован космическим излучением в октасерные короны — группу из 8 атомов серы, сконфигурированных в виде кольцеобразных корон, — и полисульфаны — цепочки атомов серы, соединённых водородом.
Этот процесс фиксирует серу в твёрдых формах.
«Поскольку межзвёздная пыль и холодные молекулярные облака предоставляют, по сути, сырьё для протопланетных дисков и образующихся солнечных систем… межзвёздные зёрна и молекулы, содержащие серу, по крайней мере частично включаются в кометы и другие планетарные тела, когда молекулярные облака превращаются в регионы звездообразования», — пишут авторы.
Они предполагают, что «октасера на кометах и метеоритах может происходить из межзвёздных ледяных мантий».
Результаты указывают астрономам, ищущим межзвёздную серу, на более тёплые регионы формирования звёзд. Здесь молекулы должны стать наблюдаемыми с помощью радио- или инфракрасных телескопов, как только они «сублимируют» — перейдут из твёрдого состояния в газ — при повышении температуры.
Резкий запах тухлых яиц — верный признак того, что бесцветный газ сероводорода присутствует даже в небольших количествах на Земле.
«Сероводород повсюду: он является продуктом угольных электростанций, влияет на кислотные дожди, изменяет уровень pH океанов и выходит из вулканов», — говорит Фортенберри.
«Если мы лучше поймём, что может сделать химия серы, технологическая коммерциализация, которая может возникнуть в результате этого, может быть реализована только на основе фундаментальных знаний».