В холодном облаке газа и пыли неподалёку от центра Млечного Пути обнаружили эритрулозу - сахар, который встречается в малине, киви и многих красных плодах. Облако находится примерно в 26 745 световых годах от Земли. Астрономы впервые нашли сахар непосредственно в межзвёздном пространстве, а не в метеоритах, кометах или лабораторных моделях космической химии.
Находка важна не из-за сходства с земными фруктами. Сахара входят в число главных молекул живых систем: клетки используют их для хранения энергии, а некоторые разновидности входят в состав ДНК и РНК. При этом подобные соединения сравнительно легко разрушаются и не относятся к молекулам, которые просто получить в холодной и разреженной среде.
Эритрулозу нашли в молекулярном облаке G+0.693-0.027. Огромное газово-пылевое скопление расположено рядом с центром Галактики и давно привлекает астрономов богатым химическим составом. Внутри подобных облаков рождаются звёзды, а затем формируются планетные системы. Поэтому молекулы, возникшие ещё до появления молодой звезды, позднее могут попасть в кометы, астероиды и планеты.
Главную роль в космической химии играет пыль. Атомы и простые молекулы оседают на поверхности пылинок, сближаются и вступают в реакции. Без твёрдой опоры многим соединениям было бы гораздо сложнее встретиться в почти пустом пространстве. Пылевые частицы одновременно защищают растущие молекулы от ультрафиолетового излучения и другого высокоэнергетического света, способного разорвать химические связи.
Чем глубже вещество находится внутри облака, тем слабее внешнее излучение. Температура там падает, а пылинки покрываются льдом из воды и углекислого газа. В ледяной оболочке накапливаются более сложные соединения. Постепенно поверхность пыли превращается в химическую лабораторию, где из простых компонентов образуются молекулы с несколькими атомами углерода.
Чтобы заглянуть сквозь плотную пыль G+0.693-0.027, исследователи использовали два радиотелескопа в Испании: 40-метровую антенну обсерватории Йебес и 30-метровый телескоп IRAM. Видимый свет и более короткие электромагнитные волны плохо проходят через плотные скопления вещества, зато радиоволны почти не теряются по пути.
Молекулы внутри облака сами излучают слабые радиосигналы. Ударные волны от близких сверхновых и другие процессы могут выбивать соединения с поверхности пылинок обратно в газ. После освобождения молекулы вращаются и испускают излучение на строго определённых частотах.
Набор частот служит своеобразным штрихкодом. Если разложить принятый сигнал на отдельные участки спектра, каждая молекула оставит характерную последовательность линий. Проблема заключается в том, что в одном облаке одновременно излучают сотни соединений, а их сигналы накладываются друг на друга. Поэтому одного совпадения недостаточно: астрономам приходится искать сразу несколько линий и проверять их взаимное расположение.
Для надёжного поиска сначала нужно измерить спектр молекулы на Земле. Обычно вещество испаряют в лаборатории и фиксируют частоты излучения. С сахарами долго возникали трудности, поскольку многие из них представляют собой вязкие жидкости, которые сложно подготовить к точному эксперименту.
Решить проблему помог новый лабораторный метод. Эритрулозу смешали с тальком, чтобы получить устойчивое твёрдое вещество, а затем испарили лазером. Учёные впервые зафиксировали достаточно точный набор спектральных линий и смогли сравнить его с радионаблюдениями молекулярного облака.
В данных G+0.693-0.027 обнаружилось множество совпадений с эритрулозой. Молекула содержит четыре атома углерода. При этом сахаров с тремя атомами углерода в той же области оказалось неожиданно мало.
Результат не согласуется с простым представлением о постепенном росте органических молекул. Астрохимики часто предполагают, что сложные соединения собираются последовательно, получая по одному новому атому углерода. При подобном механизме трёхуглеродные сахара должны встречаться чаще четырёхуглеродных или хотя бы в сопоставимых количествах.
Авторы предлагают другой путь образования эритрулозы. Молекула могла возникнуть при соединении гликолевого альдегида и этиленгликоля. Оба вещества содержат по два атома углерода и также присутствуют в G+0.693-0.027. Объединение двух двухуглеродных фрагментов сразу даёт основу из четырёх атомов, поэтому промежуточный трёхуглеродный этап не требуется.
Пока подобная схема остаётся гипотезой. Исследователи планируют воспроизвести реакцию в лаборатории, проверить другие возможные пути и выяснить, как эритрулоза переносит ультрафиолетовое облучение. Последний вопрос особенно важен: молекула может успешно появиться в глубине облака, но разрушиться после приближения к молодой звезде.
В космосе уже опознали более 300 молекул. Многие из них токсичны для человека и не имеют прямого отношения к жизни, однако среди найденных соединений всё чаще встречаются предшественники биологических веществ. Ранее астрономы обнаруживали аминокислотные компоненты, спирты, простые органические кислоты и молекулы, связанные с химией нуклеиновых кислот.
Эритрулоза расширяет перечень соединений, которые способны возникать ещё до рождения звёзд и планет. Молекулярное облако не создаёт готовую жизнь, но может заранее подготовить часть химического сырья. Позднее пылевые частицы, покрытые органическими веществами, попадают в протопланетный диск, из которого формируются астероиды, кометы и молодые планеты.
Учёные давно допускали, что сахара способны образовываться в областях звездообразования. Наблюдения G+0.693-0.027 впервые дали прямое подтверждение. Теперь предстоит выяснить, насколько часто эритрулоза встречается в других облаках, переживает ли рождение звезды и может ли сохраняться внутри малых небесных тел, которые доставляют органику на молодые планеты.