Метанол в «химическом стартовом наборе» молодых звёзд: неожиданные открытия COMPASS

Метанол, входящий в состав «химического стартового набора» вокруг молодых звёзд, преподнёс неожиданные сюрпризы, которые в конечном счёте могут раскрыть некоторые условия формирования планет и потенциальной жизни вокруг протозвёзд.

Открытия, связанные с метанолом, были сделаны астрономами с помощью ALMA (Большой миллиметровый/субмиллиметровый массив Атакамы) в пустыне Атакама в Чили в рамках проекта COMPASS (Complex Organic Molecules in Protostars with ALMA Spectral Surveys — сложные органические молекулы в протозвёздах по данным спектральных обзоров ALMA).

«Наша работа даёт представление о сложной химии молодых звёздных систем и в конечном счёте является важной частью головоломки в понимании происхождения жизни», — заявила астрофизик Бернского университета Мария Дроздовская, возглавляющая проект COMPASS.

Многонациональная команда Дроздовской, насчитывающая более 30 астрономов, занимается поиском сложных органических молекул — крупных молекул, содержащих атомы углерода, — в «планетных строительных площадках» вокруг одиннадцати молодых звёзд.

Эти молекулы являются частью химического «инвентаря», из которого в конечном счёте формируются планеты и, возможно, даже жизнь, которая однажды будет существовать на этих планетах.

Метанол имеет значение

Метанол (CH₃OH) важен потому, что он чрезвычайно распространён в областях звездо- и планетообразования. Фактически это самая abundant сложная органическая молекула, обнаруживаемая в межзвёздном пространстве, и она часто встречается в протопланетных дисках.

Именно из-за его исключительного изобилия среди всех молекул, найденных вокруг молодых звёзд, метанол легче всего обнаружить в различных формах, где обычные атомы водорода заменены более тяжёлым изотопом водорода — дейтерием.

То, сколько молекул содержат эти более тяжёлые изотопы, сильно зависит от условий, в которых формируются планеты внутри диска.

Именно поэтому команда COMPASS использовала ALMA для поиска таких форм метанола в газе, принадлежащем протопланетным дискам вокруг 11 близлежащих маломассивных протозвёзд. Наблюдения также помогли оценить общее химическое разнообразие этих дисков.

Неожиданное открытие молекулы метанола, содержащей дейтерий, было сделано в протопланетном диске лишь вокруг одной из этих 11 звёзд — молодой звезды IRAS 4A2, расположенной примерно в тысяче световых лет от нас в Молекулярном облаке Персея.

IRAS — это Инфракрасный астрономический спутник, совместная миссия NASA, Великобритании и Нидерландов, запущенная в 1983 году, которая впервые обнаружила эту молодую звезду как источник инфракрасного света сквозь густой газ и пыль молекулярного облака.

Команда COMPASS также обнаружила мазерное излучение метанола более чем от половины из 11 протозвёзд, причём предпочтение отдавалось самым молодым звёздам. Мазер — это микроволновая версия лазера в том смысле, что микроволновое излучение стимулируется и затем усиливается, но астрофизические мазеры возникают естественным образом, часто в ударных фронтах, когда молекулы метанола сталкиваются и возбуждаются.

Мазеры метанола ранее обнаруживались в протопланетных дисках вокруг турбулентных массивных протозвёзд, но наблюдения COMPASS — это первое обнаружение их вокруг более спокойных маломассивных протозвёзд.

«Тот факт, что это теперь также найдено у маломассивной протозвезды, показывает, что там могут преобладать локально экстремальные физические условия, аналогичные массивным звёздам, и это бросает вызов нашему прежнему пониманию формирования солнцеподобных звёзд», — сказала Дроздовская.

Это открытие подразумевает, что мазеры метанола являются обычным продуктом всех протопланетных дисков и, следовательно, производятся процессами, универсальными для звездо- и планетообразования, независимо от массы протозвезды.

Например, тепловые вспышки от растущей звезды, когда она накапливает газ из своего окружения, могут генерировать ударные волны в протопланетном диске, стимулируя мазерную активность в изобилующем метаноле.

«Оба результата подчёркивают, насколько важны высокопроизводительные спектроскопические измерения, подобные тем, что проводит COMPASS с ALMA, для обнаружения редких и ранее неизвестных химических явлений, — сказала Дроздовская, имея в виду как мазеры метанола, так и богатые дейтерием молекулы метанола вокруг IRAS 4A2. — Они показывают, как много нам ещё предстоит узнать о химических процессах в молодых протозвёздных системах».

Новые findings, по крайней мере, начали отвечать на некоторые вопросы, например, как разнообразие этого «химического стартового набора» варьируется от звезды к звезде: ALMA обнаружила некоторые тонкие различия, такие как вариации в изобилии кислород- и азотсодержащих молекулярных видов среди одиннадцати звёзд.

Однако вопросы о том, как возникает химия молодых звёздных систем и как она влияет на эволюцию этих систем, остаются без ответа.

Пока что команда COMPASS кропотливо и систематически изучает данные обо всех различных типах молекул, обнаруженных в их наблюдениях с ALMA, и готовит последующие исследования с использованием других инструментов, включая космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST).

«Анализ всех собранных данных займёт ещё несколько лет», — сказала Дроздовская.

Источник: Space.com — «Methanol in the 'chemical starter kit' around young stars surprises astronomers» (по материалам проекта COMPASS, Astronomy & Astrophysics, 2026).