ТЯЖЁЛЫЙ МЕТАНОЛ НАКОНЕЦ НАЙДЕН В КОСМОСЕ

Дейтерий — тяжёлый изотоп водорода. В нашей Галактике на каждые 100 000 атомов водорода приходится около 1,6 атома дейтерия. Однако в холодных плотных ядрах молекулярных облаков, где рождаются звёзды, молекулы с дейтерием могут быть на порядки обильнее, чем подсказывает это соотношение. При таких низких температурах несколько ключевых реакций постоянно направляют дейтерий в молекулы, и эффект со временем нарастает. Поэтому количество дейтерия в молекуле может подсказать, когда и где она образовалась.

Самая распространённая сложная молекула

Метанол (CH₃OH) — самая обильная «сложная органическая молекула» (так называют углеродсодержащие молекулы из шести и более атомов) в областях звездообразования. В основном он образуется в ледяных оболочках пылинок на холодной стадии, до того как звезда зажжётся, и служит ступенькой к более сложным молекулам.

В метаноле четыре атома водорода: три на углеродном конце и один на кислородном. Версии с одним, двумя или тремя атомами дейтерия на углеродной стороне в космосе уже обнаруживали. Полностью дейтерированная форма CD₃OD, в которой все четыре атома — дейтерий, до сих пор лишь угадывалась. Лабораторные предсказания её радиосигнатуры существуют с 2023 года.

Десять линий от IRAS4A2

А. Беллош из Института радиоастрономии Общества Макса Планка в Бонне и коллеги из Европы, США и Азии использовали COMPASS — большой обзор на радиотелескопической решётке ALMA одиннадцати молодых маломассивных звёзд с «горячими коринами» (hot corinos) — тёплыми компактными зонами, где ледяные молекулы испаряются и светятся в радиодиапазоне. Они сосредоточились на IRAS4A2 — одной из звёзд пары в облаке NGC 1333, в 290 парсеках от нас. Именно там вокруг молодой звезды впервые был обнаружен полностью дейтерированный аммиак.

Просканировав частоты неба от 279 до 312 гигагерц, команда смоделировала излучение метанола и всех его вариантов при температуре около 200 кельвинов. Обнаружились все варианты метанола, для которых есть общедоступный радиоотпечаток. Среди них — CD₃OD с десятью уверенно обнаруженными линиями. Это первое надёжное обнаружение полностью дейтерированного метанола в космосе и, как отмечают авторы, первая идентификация в межзвёздной среде какой-либо молекулы с четырьмя атомами дейтерия. На него приходится примерно 4 части из 10 000 местного метанола.

Метанол, который прячется

Вместе с этим возникла загадка. По сравнению со своими редкими версиями с углеродом-13 и кислородом-18 обычный метанол выглядел слишком скудным — примерно в 7–11 раз меньше ожидаемого, — тогда как редкие версии хорошо согласовывались между собой. Авторы заключают, что количество обычного метанола, вероятно, недооценено — возможно, потому, что его излучение исходит из сгустков, а не из однородного облака. Поэтому для расчёта отношений дейтерия они использовали редкие версии в качестве замены.

Дейтерий накапливается сверх случайного

Если бы дейтерий просто случайно замещал водород с фиксированной вероятностью, каждый вариант указывал бы на одно и то же отношение дейтерия к водороду. Вместо этого выведенное отношение растёт с числом атомов дейтерия: около 1% для однократно дейтерированных форм, от 9 до 23% для двукратно и трёхкратно дейтерированных и около 41% при сравнении CD₃OD с CH₃OD. Картина в IRAS4A2 почти идентична той, что наблюдается у другой молодой звезды, BHR71-IRS1, и похожа на другие маломассивные протозвёзды.

Модели промахиваются на тяжёлом конце

Команда сравнила эти отношения с пятью опубликованными химическими моделями накопления метанола и его дейтерированных форм. Все они недооценивают многократно дейтерированные формы — обычно на один-два порядка, а для CD₃OD в одной из моделей — примерно на пять порядков. Вердикт авторов: в нынешних моделях не хватает ключевого ингредиента, способствующего образованию сильно дейтерированного метанола.

Обнаружение даёт и предсказание. Два оставшихся варианта, CH₂DOD и CHD₂OD, должно быть легко найти в IRAS4A2, как только лабораторные спектроскописты предоставят их радиосигнатуры. Более чёткие наблюдения с более высоким угловым разрешением также могли бы показать, действительно ли метанол находится в сгустках.