Ученые давно обнаружили присутствие в космическом пространстве органических, характерных для живых систем молекул. Главный метод для изучения внеземного вещества — спектральный анализ. Он основан на том, что электроны в атомах находятся в состояниях со строго определенными энергиями и переходят с уровня на уровень, излучая или поглощая фотон, энергия которого равна разности энергий начального и конечного уровня. В зависимости от того, какой атом и находится ли он в составе молекул, он будет «выедать» из спектра освещающего его источника (к примеру, звезды) фотоны определенных частот. В спектре на этих частотах появятся темные провалы — линии поглощения. По спектрам поглощения были обнаружены молекулы многих классов — как органических, так и неорганических.
Органические молекулы специалисты идентифицируют, изучая спектры поглощения в радиоволновой области излучения. На этих частотах происходят характерные для молекул энергетические переходы, связанные с вращением молекул как целого, колебания межатомных связей. Анализ звездных спектров — очень трудная задача. В органических молекулах из-за большого числа энергетических переходов количество линий поглощения может исчисляться тысячами на достаточно большом диапазоне спектра — от ближнего ИК-диапазона (единицы и десятки микрометров) до радиодиапазона (десятки сантиметров). С большей уверенностью ученые обычно заявляют об обнаружении определенных классов соединений, поскольку могут достоверно подтвердить присутствие в спектрах поглощения групп атомов (метильная группа, цианогруппа), то есть указать, какого сорта «трава» в космическом «стоге сена». Найти определенную молекулу сложнее, чем обнаружить в этом стоге иголку.
Ученые из США с помощью радиотелескопов идентифицировали в межзвездном пространстве созвездия Тельца молекулу бензонитрила. Эта молекула содержит ароматическое кольцо — гексагональную структуру из шести атомов углерода, нитрильную группу. Молекулы с ароматическим кольцом имеют характерный спектр в инфракрасном диапазоне и были обнаружены ранее во многих космических средах.
Однако точное определение того, какие именно молекулы присутствуют, требует дополнительных исследований в радиоволновой области. Ученые накладывали множество снятых радиотелескопом спектров (spectral-stacking procedure), чтобы зафиксировать как можно большее количество переходов. Чтобы подтвердить идентификацию, астрономы провели лабораторные эксперименты с чистым веществом для определения спектра молекулы. Сравнивая данные телескопа с экспериментальным спектром, ученые нашли точное совпадение девяти линий поглощения, соответствующих вращению молекулы.
По словам авторов, изучение состава органических молекул в космосе является ключевым для понимания молекулярной сложности в протопланетных дисках, из которых в конечном итоге возникают новые звезды и планеты.
Исследование опубликовано в журнале Science.
Одна из недавних находок космической органики — молекулы органогалогенов в звездной системе IRAS 16 293−2422. Кроме того, органику часто находят на кометах.