גילוי של פחמימנים מחזוריים נשאי גופרית בחלל

טבעות גופרית בערפל הקוסמי

כשאנחנו מדמיינים את מרכיבי החיים הנודדים בחלל, לעתים קרובות חושבים על מולקולות פשוטות כמו מים או פחמן דו-חמצני. אבל החיים על פני כדור הארץ גם תלויים בגופרית, יסוד בעל ריח חזק הנמצא בחלבונים, במקבצי ויטמינים ובחומרים תעשייתיים רבים. מחקר זה מגלה שמולקולות טבעתיות מורכבות למדי הנשאות גופרית כבר נוצרות בעננים האפלים ליד מרכז הגלקסיה שלנו, ומרמז שהיחידות הכימיות המתקדמות יותר של החיים עשויות להתחיל את מסען הרבה לפני היווצרות כוכבי לכת.

מדוע גופרית בחלל חשובה לחיים

על פני הארץ הגופרית משולבת במערכות ביולוגיות חיוניות, מחומצות האמינו שמרכיבות חלבונים ועד קו-פקטורים מטבוליים מרכזיים. גם מטאוריטים ודגימות מארבעי שביטים מכילות מבחר עשיר של תרכובות אורגניות נשאות גופרית, כולל מבנים בצורת טבעת. עם זאת, כשאסטרונומים בוחנים את החלל הבין-כוכבי הם בדרך כלל מזהים רק מולקולות גופרית קטנות, מעטות בהרבה ממה שנצפה בהתבסס על השפע הקוסמי הכולל של הגופרית. אי-התאמה ממושכת זו מצביעה על כך שחלק גדול מהגופרית עשוי להתחבא בצורות שקשה לזהותן, והבנת מקומן חשובה כדי לעקוב כיצד כימיה תואמת חיים עוברת מענני הביניים-כוכביים לכוכבי לכת צעירים.

טבעת גופרית חדשה שנצפתה בענן גלקטי

המחברים התרכזו בענן מולקולרי ענק שנקרא G+0.693, הממוקם במורכבות סגיטריוס B ליד מרכז שביל החלב. ענן זה הוא מצבור עשיר של מולקולות אורגניות מורכבות והוא מעורער תמידית על ידי התנגשות איטית בין עננים והפגזה של חלקיקים אנרגטיים. על-ידי שילוב תצפיות רדיו רגישות מאוד משני טלסקופים גדולים בספרד, הם סרקו טווח רחב של תדרי רדיו בחיפוש אחר טביעות אצבע ספקטרליות חלשות ממולקולות שעד כה לא נראו. הם מדווחים על זיהוי ברור של טבעת נשאית גופרית בת 13 אטומים, 2,5-ציקלוהקסאדיאן-1-תיאון, קרובה מבחינה כימית למולקולה פשוטה יותר שנמצאת במטאוריטים וידועה בשם תיופנול. מולקולה זו היא כעת המין הגדול ביותר הנשא גופרית שנתגלה אי פעם בגז בין-כוכבי והדוגמה הראשונה המאומתת של פחמימן מחזורי נשא גופרית בחלל.

מכריזות מעבדתיות לטביעות אצבע קוסמיות

מציאת מולקולה ספציפית כל כך בשמיים אפשרית רק אם חתימת הרדיו שלה ידועה מראש. כדי להשיג את טביעת האצבע הזו, הצוות ייצר תחילה את 2,5-ציקלוהקסאדיאן-1-תיאון במעבדה. הם העבירו גז תיופנול דרך פריקה חשמלית בזרם על-קולי ומדדו את המולקולות הנוצרות עם ספקטרומטר מיקרוגל בעל דיוק גבוה. הסידור הזה קירר את התוצרים למספר מעלות מעל האפס המוחלט, מה שחקה בקִירוב את תנאי החלל הבין-כוכבי ואיפשר לתעד קווים סיבוביים חדים מאוד. עשרות מהקווים הללו אורגנו ואז עם מודלים כימיים-קוואנטיים כדי לחלץ את קבועי הסיבוב של המולקולה ולחזות את תדירויות הפליטה שלה בדיוק של קילוהרץ. מצוידים בקטלוג זה, האסטרונומים יכלו להתאים עשרות קווים בלתי מעורבבים בסקר G+0.693, ולשלול בלבול עם יותר מ-140 מולקולות ידועות אחרות בענן.

רמזים לאופן בניית טבעות הגופרית

זיהוי המולקולה הוא רק הצעד הראשון; האתגר הבא הוא להבין כיצד היא מתהווה. הצפיפות הממוצעת והטמפרטורת ההתרגשות הנמוכה בענן משמעת שרק מעברים בעלי אנרגיה נמוכה נראים, אך אלה עדיין מגלים ש-2,5-ציקלוהקסאדיאן-1-תיאון, אם כי נדירה, נוכחת בהחלט. המחברים משווים אותה עם האחים המבניים שלה—איזומר טבעתי נוסף ותיופנול עצמו—שלא נראים בבירור. הם טוענים שהמין החדש מועדף כי יש לו קוטביות חשמלית חזקה יותר, מה שמקל על זיהויו, אבל ייתכן שהוא גם נוצר ביעילות גבוהה יותר. בהתבסס על ניסויים ומודלים מתחום הכימיה הפחמנית הקשורה, הם מציעים כי תגובות על פני השטחים הקרחיים של גרגרי האבק, המונעות על-ידי קרני קוסמוס ואז משתחררות על ידי זעזועים עדינים, עשויות להרכיב שרשראות קטנות של פחמן-גופרית לטבעות גדולות יותר. עם זאת, עדיין לא פותחו מסלולים מפורטים במעבדה או בתיאוריה, כך שהמתכון המדויק נותר שאלה פתוחה.

מה משמעות הדבר עבור חידת ה"גופרית החסרה"

למרות שטבעת הגופרית החדשה מהווה רק חלק זעום מתקציב הגופרית ב-G+0.693, הגילוי שלה סביר שהוא איתות לכך שמולקולות רבות אחרות קשורות לה מחכות להתגלות. כפי שהגילוי הראשון של טבעת ארומטית פשוטה עם קבוצת ציאניד בצד פתח את הדלת לאוכלוסייה שלמה של טבעות פחמן מורכבות בחלל, ייתכן ש-2,5-ציקלוהקסאדיאן-1-תיאון הוא הקדמון של משפחה של טבעות עשירות בגופרית ומרכיבים פוליציקליים גדולים יותר. מינים אלה כנראה אינם פותרים את הבעיה כולה של "הגופרית החסרה" בעננים צפופים, אך הם מספקים קישור ממשי בין כימיית הגז הבין-כוכבי לאורגנים העשירים בגופרית הנראים במטאוריטים ובחומר שביטים. בכך, המחקר מסייע להשלים שלב נוסף בשרשרת שמחברת את המרחבים הקרים והדלילים בין הכוכבים לפני אל פני השטח החמימים והתומכים בחיים של כוכבי הלכת.

ציטוט: Araki, M., Sanz-Novo, M., Endres, C.P. et al. A detection of sulfur-bearing cyclic hydrocarbons in space. Nat Astron 10, 401–409 (2026). https://doi.org/10.1038/s41550-025-02749-7

מילות מפתח: מולקולות בין-כוכביות, כימיית הגופרית, אסטרוביולוגיה, ענני מולקולות, אורגניים פרה-ביוטיים