Переворот в астрохимии: найдены новые источники H3+ – «молекулы, создавшей Вселенную»

Представьте себе молекулу, настолько фундаментальную, что без нее не было бы ни звезд, ни планет, ни, возможно, самой жизни. Речь идет о триводороде, ионе H3+, который часто называют «молекулой, создавшей Вселенную». Звучит громко? Но это тот самый случай, когда пафос оправдан.

Долгое время считалось, что H3+ образуется преимущественно одним способом: при столкновении молекулы водорода (H2) с ее ионизированным «собратом» (H2+). Эта реакция — настоящий «станок» по производству триводорода в космических масштабах. Но что, если существуют и другие, менее очевидные пути? Что, если «рецепт» создания этой ключевой молекулы сложнее, чем мы думали?

Именно этим вопросом задались ученые из Университета штата Мичиган (MSU). И, надо сказать, их поиски увенчались успехом. В недавней публикации в престижном журнале Nature Communications Петр Пекух, Маркос Дантус и их коллеги представили результаты, которые заставляют по-новому взглянуть на химию космоса.

«Блуждающие» молекулы: неожиданный поворот

Исследователи сосредоточились на соединениях, известных как метилгалогены и псевдогалогены. Это органические молекулы, содержащие, помимо углерода и водорода, атомы галогенов (фтора, хлора, брома, йода) или похожие на них группы атомов. Ученые подвергали эти соединения двойной ионизации — мощному энергетическому воздействию, заставляющему молекулу терять сразу два электрона.

Обычно, когда молекула теряет электроны, она становится нестабильной и стремится «рассыпаться» на части. Но в случае с метилгалогенами и псевдогалогенами произошло нечто удивительное. Вместо мгновенного распада, из молекулы вылетала… нейтральная молекула водорода (H2).

И дальше начиналось самое интересное. Эта «сбежавшая» H2 не улетала прочь, а начинала «блуждать» вокруг остатка исходной молекулы. Как будто в поисках чего-то… или кого-то. И, в конце концов, находила — одиночный протон (ядро атома водорода), с которым и образовывала искомую молекулу H3+.

Этот процесс, получивший название «блуждающего механизма» (roaming mechanism), — настоящий химический детектив. Он кардинально отличается от привычной картины кулоновского взрыва, когда дважды ионизированная молекула разлетается на части из-за взаимного отталкивания положительных зарядов.

«Это похоже на то, как если бы вы бросили мяч в стену, ожидая, что он отскочит, а он вместо этого прошел сквозь нее и начал летать по комнате», — проводит аналогию профессор Пекух.

Больше, чем просто экзотика

Но зачем вообще изучать такие, казалось бы, экзотические процессы? Дело в том, что H3+ - это не просто интересная молекула. Это ключевой участник множества реакций, происходящих в межзвездном пространстве. От него зависит формирование новых звезд, синтез сложных органических молекул и многое другое.

«Понимание того, как и где образуется H3+, критически важно для астрохимии», — подчеркивает профессор Дантус.

И хотя основной источник триводорода — это по-прежнему взаимодействие H2 и H2+, открытие «блуждающего механизма» вносит существенный вклад в общую картину. Особенно если учесть, что в холодных и разреженных молекулярных облаках, где рождаются звезды, содержится огромное количество разнообразных органических молекул. Кто знает, сколько еще H3+ образуется там благодаря подобным «нестандартным» реакциям?

Ключ к разгадке

Более того, ученым удалось не просто зафиксировать «блуждающий механизм», но и выявить закономерности, определяющие его протекание. Они установили, какие именно факторы влияют на то, будет ли образовываться H3+ в конкретном соединении или нет.

Эти «правила игры» — ценнейший инструмент для других исследователей, занимающихся поиском новых источников триводорода. Теперь, зная, на что обращать внимание, можно более целенаправленно изучать состав межзвездных облаков и искать там молекулы, способные производить H3+ по «альтернативному» сценарию.

Работа ученых из MSU — это не просто очередное открытие в области химии. Это важный шаг на пути к пониманию того, как устроена наша Вселенная на самом фундаментальном уровне. И, возможно, именно благодаря таким «неочевидным» открытиям мы когда-нибудь сможем разгадать все тайны космической «кухни», где рождаются звезды и планеты. И, кто знает, может, даже сможем ответить на вопрос о происхождении жизни. Ведь H3+ - это не просто «молекула, создавшая Вселенную». Это еще и молекула, которая, возможно, сделала возможным наше с вами существование.