Формирование богатых углеродом молекул в космосе
AstroNews.ru - 12 Января 2016 08:00:16
Пространство между звездами не пустое – оно заполнено рассеянным веществом, масса которого составляет от 5 до 10 процентов массы галактики (не считая темную материю). Большая часть этого вещества представляет собой газ, преимущественно водород, однако в небольших концентрациях в нем также содержатся сложные углеродсодержащие молекулы. Происхождение этих веществ составляет одну из важных проблем современной астрофизики. В новом исследовании астрофизики Дэвид Маршалл и Хоссейн Садекпур из Гарвард-Смитсоновского астрофизического центра, США, использовали суперкомпьютеры нового поколения (кластер суперкомпьютеров «Одиссей» Гарвардского университета) для моделирования процессов объединения отдельных атомов в сложные углеродсодержащие молекулы и кластеры.
Известно, что пыль в космическом пространстве может играть роль катализатора, на поверхности которого протекают химические реакции. Крохотные частицы пыли составляют примерно один процент от массы межзвездного вещества и содержат в основном силикаты с небольшими количествами углерода и/или других элементов. В своей работе исследователи смоделировали превращения, протекающие как в газовой фазе, так и на поверхности частиц космической пыли. При моделировании использовался диапазон температур от 100 до 3000 К (соответствующий диапазону температур в окрестностях звезд) и банк из 4128 атомов (включая как атомы вещества газовой фазы, так и атомы, формирующие поверхность частиц пыли).
Ученые нашли, что при низких температурах поверхность частиц пыли приводит к образованию более сложных молекул, по сравнению с газовой фазой, и что в целом температура поверхности катализатора является ключевым фактором, определяющим структуру молекул, в частности сложность геометрии молекул продуктов каталитической реакции. Это исследование содержит ценные новые выводы о формировании крупных углеродсодержащих молекул на поверхностях, состоящих из минеральных веществ с вкраплениями углерода. Например, один из таких выводов состоит в том, что, хотя длинные углеродные цепочки и разветвленные молекулы могут формироваться на поверхности частиц пыли, однако эти продукты не обладают достаточной энергией для того, чтобы оставаться адсорбированными этой поверхностью, и выбрасываются в космическое пространство. Однако при повышенных температурах, например при 1000 К, молекулы удерживаются на поверхности катализатора, формируя сложные кластерные структуры, наподобие фуллеренов.
Исследование опубликовано в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.