Астрохимики Уральского федерального университета зафиксировали в холодных глубинах космоса молекулу, которую на Земле чаще связывают с медициной и промышленностью. Речь идет о закиси азота (N₂O) — веществе, впервые уверенно обнаруженном не в газе, а в составе межзвездных льдов, окружающих формирующиеся звезды. Результаты исследования опубликованы в престижном международном издании Astronomy & Astrophysics. Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (проект № 23-12-00315).

Ледяная химия Вселенной

Межзвездные льды образуются в плотных облаках газа и пыли при экстремально низких температурах, близких к минус 260 градусам Цельсия. Эти ледяные оболочки покрывают микроскопические пылевые частицы и служат своеобразными «химическими архивами» ранней Вселенной.
Несмотря на то что в газовой среде космоса известно более трех сотен различных молекул, твердая фаза остается почти неизученной. До недавнего времени ученые могли с уверенностью говорить лишь о восьми соединениях, обнаруженных в межзвездных льдах. Закись азота стала девятым подтвержденным компонентом этого редкого списка.

Как нашли N₂O среди звезд

В ходе анализа данных ученые исследовали спектры 50 протозвездных объектов — молодых звезд, находящихся на раннем этапе формирования. В 16 случаях в ледяных оболочках вокруг этих объектов были выявлены характерные инфракрасные признаки присутствия N₂O.
По оценкам исследователей, содержание закиси азота во льдах варьируется от десятых долей процента до примерно двух процентов по отношению к одному из базовых компонентов космического льда — монооксиду углерода.

Лаборатория на Земле и телескоп в космосе

Обнаружение молекул в твердой фазе требует особого подхода. В отличие от газа, ледяные соединения «проявляются» только в инфракрасном диапазоне и лишь при наличии подходящего источника излучения поблизости.
Чтобы точно интерпретировать астрономические данные, ученые УрФУ воссоздали условия межзвездного пространства в лаборатории. С помощью специализированной установки ISEAge были получены искусственные аналоги космических льдов, спектры которых сравнили с наблюдениями космического телескопа «Джеймс Уэбб».
Такой комбинированный подход позволил исключить случайные совпадения и подтвердить наличие закиси азота в реальной межзвездной среде. Помимо этого, исследователи зафиксировали признаки еще одной потенциально важной молекулы — изоциановой кислоты, однако ее присутствие пока требует дополнительной проверки.

Почему это открытие важно

С научной точки зрения закись азота представляет особый интерес как активный источник азота. В условиях низких температур N₂O вступает в реакции значительно легче, чем молекулярный азот, который считается основным, но химически «пассивным» носителем этого элемента в космосе.
Поверхность ледяных частиц действует как природный катализатор, ускоряя реакции, которые практически невозможны в газовой фазе. Именно такие процессы могут приводить к образованию более сложных органических соединений — потенциальных предшественников аминокислот и других молекул, связанных с жизнью.

След Ориона и роль ультрафиолета

Любопытной деталью исследования стало географическое распределение находок. Половина протозвезд с обнаруженной закисью азота находится в области Орион А — одном из самых активных регионов звездообразования в нашей Галактике.
Этот участок космоса характеризуется повышенным уровнем ультрафиолетового излучения. Ученые предполагают, что именно ультрафиолет может запускать или ускорять реакции, ведущие к образованию N₂O во льдах. Однако точные механизмы этого процесса пока остаются предметом научных дискуссий.

Космическое наследие для планет

Исследование межзвездных льдов важно не только для понимания химии космоса, но и для изучения происхождения веществ на планетах. Ледяные тела — кометы и астероиды — способны переносить значительные объемы органических соединений и доставлять их на поверхности молодых планет.
Таким образом, химические «заготовки» для будущей жизни могут формироваться еще до рождения планетных систем, в холодных и темных областях межзвездного пространства.

Вселенная как лаборатория

Открытие уральских астрохимиков подтверждает: даже в условиях экстремального холода и вакуума Вселенная остается активной химической лабораторией. Каждая новая молекула, найденная в межзвездных льдах, помогает ученым лучше понять путь — от простых атомов к сложным формам материи и, возможно, к жизни.
На фото — фотография протозвезды в темном облаке L1527, которую сделал телескоп Джеймса Уэбба.