Original Material
Рекордно большая молекула в межзвездной среде
До недавнего времени самой большой достоверно идентифицированной молекулой в молекулярных облаках считалась молекула цианополиина HC11N. Об ее обнаружении в облаке TMC-1 было объявлено в статье М. Белла и его коллег (Bell et al., 1997 [1]), и на протяжении почти двадцати лет она оставалась единственным 13-атомным соединением, включенным в списки межзвездных молекул. Однако в 2016 году попытка снова увидеть линии HC11N в том же облаке не увенчалась успехом (Loomis et al., 2016, [2]). Позже отсутствие линий HC11N было подтверждено в работе М. Кординера и его коллег (Cordiner et al. , 2017, [3]).
Правда, авторы второй статьи отмечают, что окончательно отказываться от открытия HC11N пока рано. И в работе Loomis et al. (2016), и в работе Cordiner et al. (2017) наблюдения проводились на 100-метровом телескопе обсерватории «Грин-Бэнк» (США) с диаграммой направленности 37 угловых секунд и центрированием на так называемый цианополииновый пик (область в TMC-1 с повышенным содержанием цианополиинов).
В работе Bell et al. (1997) использовался инструмент с большей диаграммой направленности (2,4 угловой минуты), и, хотя наблюдения также центрировались примерно на цианополииновый пик, реально ими охватывалась существенно бо́льшая область TMC-1. Поэтому нельзя исключить, что Loomis et al. (2016) и Cordiner et al. (2017) немного «промахнулись» мимо региона, из которого исходит излучение HC11N . Но так или иначе, место межзвездного 13-атомного соединения на время оказалось вакантным.
И вот теперь его заняла другая 13-атомная молекула — бензонитрил (C6H5CN), бензол, в котором один атом водорода замещен группой CN. О ее открытии сообщается в работе Б. Макгира и его коллег (McGuire et al., 2018, [4]). Важную роль в этом открытии сыграл астроном из АКЦ ФИАН Сергей Каленский. Именно он впервые указал на возможность наличия бензонитрила в TMC-1 [5].
Для первичной идентификации бензонитрила С. Каленский использовал метод составных спектров, приложенный к результатам спектрального обзора цианополиинового пика, выполненного на 45-метровом радиотелескопе «Нобеяма» (Япония). Суть метода, предложенного в 1984 году в работе Johansson et al. (1984, [6]), состоит в следующем.
С конкретной молекулой, как правило, связано множество эмиссионных спектральных линий, однако каждая из этих линий для не особо обильных молекул может оказаться слишком слабой для обнаружения на фоне шума. Если у вас есть возможность продолжать наблюдения, проблему можно решить, увеличивая время накопления сигнала. Хуже, если наблюдения уже закончены и продолжить их нельзя.
В этом случае проблему слабости линии можно решить при помощи хитрого приема: складывать не результаты наблюдения одной и той же линии, полученные в разные сеансы, а результаты наблюдения разных линий одной и той же молекулы, полученные в один и тот же сеанс. Точнее, суммируются не линии (они не видны; если бы они были видны, проблемы бы не было), а участки спектра, в которых линии должны были бы быть.
Каждая отдельная линия молекулы может теряться на фоне шума, однако составная линия при этом иногда «усиливается» и становится видимой. Так и произошло с линией (линиями) бензонитрила в спектральном обзоре цианополиинового пика.
Конечно, пока в обнаружение линии вовлечена некая математическая процедура, это обнаружение нельзя считать окончательным. Однако оно стало поводом для поиска бензонитрила в цианополииновом пике на уже упоминавшемся 100-метровом телескопе обсерватории «Грин-Бэнк». И к результатам новых наблюдений не придерешься: обнаружено девять линий этой молекулы, что делает ее наличие вполне достоверным.
Обнаружение молекулы бензонитрила интересно не только тем, что она большая, но и тем, что она кольцевая. Информации о кольцевых молекулах в молекулярных облаках у нас пока не так много, а они могут играть важную роль в синтезе более сложных органических частиц (полициклических ароматических углеводородов, аморфных углеводородов и пр.).
Кстати, отсутствие заметного количества цианополиина HC11N в цианополииновом пике связывают именно с возможностью «закольцовывания» таких длинных углеродных цепочек. Так что обнаружение бензонитрила и необнаружение HC11N могут быть взаимосвязанными событиями. Поскольку в единственной известной сейчас реакции синтеза бензонитрила в качестве реагента участвует бензол, новое открытие может быть косвенным указанием и на его наличие в молекулярных облаках.
Дмитрий Вибе,
астрохимик, докт. физ.-мат. наук, зав. отделом физики и эволюции звезд Института астрономии РАН
1. adsabs.harvard.edu/abs/1997ApJ…483L..61B
2. adsabs.harvard.edu/abs/2016MNRAS.463.4175L