Обнаружение серосодержащих циклических углеводородов в космосе

Кольца серы в космическом тумане

Когда мы представляем ингредиенты жизни, плавающие в космосе, обычно мысленно всплывают простые молекулы, такие как вода или углекислый газ. Но жизнь на Земле также зависит от серы — резкого элемента, присутствующего в белках, витаминах и многих промышленных химикатах. В этом исследовании показано, что в темных облаках около центра нашей Галактики уже формируются удивительно сложные серосодержащие кольцевые молекулы, что наводит на мысль: некоторые из более замысловатых химических строительных блоков жизни могут начинать своё путешествие задолго до образования планет.

Почему сера в космосе важна для жизни

На Земле сера входит в состав важнейших биологических механизмов — от аминокислот, из которых состоят белки, до ключевых метаболических кофакторов. Метеориты и кометные образцы также содержат богатое разнообразие серосодержащих органических соединений, в том числе кольцевых структур. Тем не менее при астрономических обзорах межзвёздного пространства обычно регистрируют лишь небольшие серосодержащие молекулы, куда меньше, чем ожидалось исходя из общей космической изобилии серы. Это давнее несоответствие указывает на то, что большая часть серы может скрываться в труднообнаружимых формах, и понимание её местонахождения важно для прослеживания того, как благоприятная для жизни химия переходит от межзвёздных облаков к молодым планетам.

Новое серное кольцо обнаружено в галактическом облаке

Авторы сосредоточились на гигантском молекулярном облаке G+0.693, расположенном в комплексе Стрельца B2 недалеко от центра Млечного Пути. Это облако — кладовая сложных органических молекул, постоянно перемешиваемая медленными столкновениями облаков и бомбардировкой энергичными частицами. Комбинируя сверхчувствительные наблюдения с двух больших радиотелескопов в Испании, они изучили широкий диапазон радиочастот в поисках слабых спектральных отпечатков ранее не замеченных молекул. Они сообщают о надёжном обнаружении серосодержащего кольца из 13 атомов — 2,5-циклогексадиен-1-тиона, близкого по химии родственника более простой молекулы, найденной в метеоритах, известной как тиофенол. Эта молекула теперь является самым крупным серосодержащим видом, когда-либо идентифицированным в межзвёздном газе, и первым подтверждённым примером серосодержащего циклического углеводорода в космосе.

От лабораторных искр к космическим отпечаткам

Найти такую конкретную молекулу в небе возможно только если её радиальная сигнатура известна заранее. Чтобы получить этот отпечаток, команда сначала синтезировала 2,5-циклогексадиен-1-тион в лаборатории. Они пропускали газ тиофенола через электрический разряд в сверхзвуковом струе и измеряли образовавшиеся молекулы с помощью высокоточного микроволнового спектрометра. Эта установка охлаждала продукты до нескольких градусов выше абсолютного нуля, что близко имитировало межзвёздные условия и позволило зарегистрировать исключительно острые вращательные линии. Дюжины таких линий были затем подогнаны квантово-химическими моделями для извлечения вращательных констант молекулы и прогнозирования её эмиссионных частот с точностью килогерц. Вооружённые этим каталогом, астрономы смогли сопоставить десятки неслияющихся линий в обзоре G+0.693, исключив путаницу более чем с 140 другими известными молекулами в облаке.

Подсказки о том, как строятся серные кольца

Обнаружение молекулы — лишь первый шаг; следующая задача — понять, как она образуется. Умеренная плотность облака и низкая температура возбуждения означают, что видны только низкоэнергетические переходы, но и они показывают: 2,5-циклогексадиен-1-тион, хотя и редок, присутствует достоверно. Авторы сравнивают его с его структурными «сиблингами» — другим изомером кольца и собственно тиофенолом — которые не обнаруживаются явно. Они утверждают, что недавно найденный вид предпочтителен потому, что обладает большей электрической полярностью, что облегчает его обнаружение, но также он может формироваться более эффективно. Опинаясь на эксперименты и модели из смежной углеродной химии, они предполагают, что реакции на ледяных поверхностях пылинных зерен, инициируемые космическими лучами и затем высвобождаемые мягкими ударными волнами, могли собирать мелкие сульфурно-углеродные цепочки в большие кольца. Однако детальные лабораторные или теоретические пути пока не разработаны, поэтому точный рецепт остаётся открытым вопросом.

Что это значит для загадки «пропавшей» серы

Хотя новое серное кольцо составляет лишь крошечную долю серного баланса в G+0.693, его обнаружение, вероятно, означает, что многие другие родственные молекулы ещё предстоит найти. Точно так же, как первое обнаружение простого ароматического кольца с цианистой боковой группой открыло путь к целому семейству сложных углеродных колец в космосе, 2,5-циклогексадиен-1-тион может быть предвестником семейства серонасыщенных колец и более крупных полициклических соединений. Эти виды, вероятно, не решат всю проблему «пропавшей серы» в плотных облаках, но они обеспечивают конкретную связь между химией межзвёздного газа и серосодержащими органическими веществами, обнаруживаемыми в метеоритах и кометном материале. Таким образом, работа помогает заполнить ещё одно звено в цепочке, соединяющей холодные, разреженные пространства между звёздами с тёплыми, живыми поверхностями планет.

Цитирование: 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

Ключевые слова: межзвездные молекулы, серная химия, астробиология, молекулярные облака, предбиологические органические соединения