ПРОПАВШАЯ КОСМИЧЕСКАЯ СЕРА, ВОЗМОЖНО, ПРИЛИПЛА К ПЫЛИ

Если подсчитать серу во Вселенной, получится около 1,2 атома на каждые 100 000 атомов водорода. Однако в молекулярных облаках, холодных и плотных колыбелях звёзд, серосодержащие молекулы, которые видят телескопы, в сумме дают меньше 5% этого бюджета. Эта давняя загадка называется проблемой «пропавшей серы».

Большинство астрохимиков подозревают, что остальное заперто в твёрдой форме на пылинках. Кандидаты — сульфиды железа и магния (их находят в метеоритах и в образцах, доставленных с астероидов Рюгу и Бенну), соли или формы чистой серы вроде S₈, которые почти невозможно увидеть издалека. Хрестоматийный путь — превращение серы в сероводород на пылинках — расходится с наблюдениями: твёрдого сероводорода мало. Расчёты предсказывали, что атомы серы должны прочно связываться с силикатной пылью. Никто не проверял это в лаборатории при реалистичных, крошечных количествах.

Наблюдая отдельные атомы на холодной пыли

Ни-Эн Сие и коллеги из Университета Хоккайдо вместе с партнёрами из Университета Хиросимы, CSIC в Мадриде и RIKEN работали в камере сверхвысокого вакуума с поверхностью, охлаждённой до 10 кельвинов. Поверхность была покрыта 500-нанометровой плёнкой аморфного силиката магния, заменителя межзвёздной пыли, иногда со слоем водяного льда сверху.

Они нанесли ничтожное количество сероводорода — четверть процента от одного молекулярного слоя — и разбили его ультрафиолетовым лазером, оставив голые атомы серы. Затем в дело вступил ключевой инструмент: один лазерный импульс мягко сбивает атомы с поверхности, а второй ионизирует только серу, так что команда может напрямую считать атомы серы на поверхности в том виде, в каком они есть. Прежние эксперименты этого не умели.

Атомы, которые не хотят уходить

Каждый образец нагревали до 180 кельвинов, когда весь водяной лёд уже испарился, и подсчитывали оставшиеся атомы.

• На голом силикате осталась половина атомов серы (отношение 0,50 ± 0,13). Их сигнал затем оставался постоянным при повторных нагревах до комнатной температуры: сера химически связана с силикатом, а не просто лежит на нём.
• Часть атомов при нагреве поверхности объединилась в молекулы S₂ — первое экспериментальное свидетельство того, что кластеры серы образуются на силикате даже из горстки атомов.
• Сама по себе сера почти не испаряется; то, что теряется, уходит в основном вместе с водой при сублимации льда.
• Атомы, нанесённые поверх льда, исчезали из сигнала поверхности к 150 кельвинам, а затем появлялись вновь при 160 кельвинах, когда уходила вода: они прокопались сквозь лёд и зацепились за силикат под ним.

Слева: атомы серы на покрытом льдом силикате исчезают из сигнала поверхности около 150 K и возвращаются при 160 K, когда уходит лёд. Справа: газы, выделяющиеся при нагреве облучённого УФ образца. — Рисунок 6, Сие и др. (2026), arXiv:2609.37663.

Квантово-химические расчёты дают энергию связи около 9700 кельвинов для атома серы на магниевом центре силикатной пылинки и показывают, что превращение этой серы в сероводород на пылинке невыгодно.

Скрытый резервуар — и проверка

Затем команда подставила эти результаты в модель разреженного облака, превращающегося в плотное. Ионы серы нейтрализуются и прилипают к пылинкам за несколько сотен лет. До того как пылинки покроются льдом, 10–20% всей серы оказывается химически связанной с ними — в два-четыре раза больше «запертой» на пыли серы, чем учитывалось раньше. Связавшись, она остаётся невидимой даже после исчезновения льда.

Модель предполагает, что все пылинки силикатные, а её числа зависят от плохо известных свойств поверхности. Но она делает проверяемое предсказание: там, где ударные волны достаточно сильно нагревают пыль, эта скрытая сера должна высвобождаться — авторы предлагают искать это с помощью космического телескопа «Джеймс Уэбб».