Сера — один из самых распространенных элементов во Вселенной, но в плотных холодных облаках, где формируются звезды, 99% ожидаемого количества серы как будто исчезает. Ученые предполагают, что она «прячется» в ледяных пылевых частицах.
Исследователи из Института внеземной физики им. Макса Планка и Центра астробиологии создали компьютерную модель на базе приложения pyRate на Python, чтобы разобраться, как ведет себя сера в межзвездных льдах. Они воспроизвели лабораторный эксперимент 2024 года: смесь диоксида углерода CO2 и сероуглерода CS2 охлаждали до 10 К и облучали фотонами в вакуумном ультрафиолетовом диапазоне. В результате получились новые серосодержащие вещества, например, диоксид серы, карбонилсульфид и серные цепочки (аллотропы). Часть серы при этом «исчезла»: вероятно, она вошла в состав длинных цепочек, которые приборы не смогли зафиксировать.
Симуляция помогла сделать несколько открытий. Во‑первых, выяснилось, что одной тепловой диффузии (когда молекулы движутся и сталкиваются друг с другом) недостаточно для протекания реакций при такой низкой температуре. Ключевую роль играет «недиффузионная химия»: атомы взаимодействуют с соседями сразу после отрыва от исходной молекулы. Во‑вторых, ученые подсчитали, что фотон в вакуумном ультрафиолетовом диапазоне может пробить слой льда толщиной около 100 монослоев (отдельных слоев молекул льда).
Между результатами моделирования и эксперимента есть расхождения: например, модель предсказывала высокие концентрации карбонилсульфида, монооксида серы и моносульфида углерода, а в опыте доминировал диоксид серы. Однако дальнейший анализ показал, что некоторые молекулы могли остаться незамеченными — их сигналы перекрывались с пиками диоксида серы.
Эта работа поможет улучшить модель pyRate и станет основой для будущих исследований, в том числе с использованием космического телескопа «Джеймс Уэбб». Так ученые постепенно приближаются к разгадке тайны недостающей серы.
Ранее Наука Mail рассказывала о том, что раскрыто химическое происхождение скопления галактик Персея.
