Формальдегид — простое соединение, которое играет центральную роль в образовании сложных органических соединений. Этот газ является одним из источников молекул, необходимых для зарождения жизни и ее развития.
Ранее ученые думали, что образование формальдегида на поверхности космической пыли, покрытой водяным льдом, затруднено.
Дело в том, что реакция между атомом углерода и молекулой воды с образованием формальдегида требует огромного количества энергии, которой недостаточно в космических туманностях при крайне низкой температуре.
Поэтому считалось, что молекулы формальдегида формируются на более поздних стадиях жизни молекулярных облаков — когда на космических пылинках в изобилии представлен монооксид углерода СО в твердом состоянии.
Обосновав, что формальдегид образуется из атомарного углерода и водяного льда, ученые доказали, что сложные органические соединения могут появляться в космосе уже на ранних стадиях эволюции молекулярных облаков, до вымораживания CO, и значительно раньше возникновения звезд и планетарных систем.
Причем, вероятно, в большом количестве — так как туманности содержат колоссальные объемы воды и, следовательно, формальдегида.
Так образуется комплекс молекулы воды и атома углерода», — пояснил суть гипотезы ведущий научный сотрудник научной лаборатории астрохимических исследований Уральского федерального университета Глеб Федосеев.
При этом молекулы воды, связанные водородными связями, действуют одновременно как доноры и акцепторы протонов (положительных ионов водорода), осуществляя псевдоперенос протонов с атома кислорода образовавшегося комплекса на атом углерода.
Этот согласованный перенос протонов по цепочке водородных связей между молекулами воды катализирует реакцию, убыстряя процесс образования формальдегида.
Такие превращения происходят практически безбарьерно и не требуют много энергии. Это обстоятельство устраняет противоречие между классическими представлениями о механизме реакции и возможностью ее протекания в реальных условиях космоса.
«Более 150 лет назад наш соотечественник, выдающийся химик Александр Бутлеров предложил один из первых методов абиотического синтеза сахаров. Этот метод предполагал использование растворов формальдегида в воде. Мог ли Бутлеров представить, что все компоненты, необходимые для протекания реакции, названной затем его именем, присутствуют в газопылевых облаках, из которых образуются звездные системы подобные нашей Солнечной, где суммарная масса формальдегида и воды на порядки превышает массу Земли?» — добавил Глеб Федосеев.
Гипотеза ученых была проверена в нескольких экспериментах на установке, воспроизводящей физические условия космоса. Результаты экспериментов подтвердились в Институтe астрономии Общества Макса Планка — ведущей европейской сети научно-исследовательских организаций.
Кроме того, по словам Глеба Федосеева, в перспективе теория будет подвергнута дополнительным проверкам с помощью телескопа имени Джеймса Уэбба, который запущен в космос 25 декабря.
Новый телескоп придет на смену знаменитому «Хабблу», чтобы, отдалившись на 1,6 млн км от Земли, продолжить наблюдение за космическими объектами, в том числе космическими льдами.
По снимкам, полученным от «Джеймса Уэбба», ученые надеются получить данные о зарождении Вселенной, образовании звезд, обнаружить следы внеземной жизни.
В исследовании участвовали ученые Уральского федерального, Лейденского (Нидерланды) и Штутгартского (Германия) университетов.
Статья с описанием работы опубликована в одном из ведущих профильных научных изданий мира The Journal of Physical Chemistry Letters.