Происхождение жизни во Вселенной - один из наиболее фундаментальных и междисциплинарных вопросов современной науки. Значительный вклад в его изучение вносится астрофизическими исследованиями, направленными на изучение молекулярного состава межзвездной среды. В последние годы идет быстрое накопление наблюдательных данных об органических молекулах в космосе с инструментов нового поколения. Анализ этих данных указывает на то, что органическая материя образуется на различных стадиях развития протозвезд, в том числе, на самых ранних. При этом отсутствует целостная картина эволюции органической материи в Галактике на различных пространственных масштабах и, более того, понимание механизмов и факторов, влияющих на образование и эволюцию органических молекул в космосе, остается неполным. Предлагаемый проект посвящен изучению механизмов образования органической материи в областях звездообразования в Галактике, находящихся на начальных стадиях развития, а также анализу влияния начальных условий (в которых начинается маломассивное звездообразование) на дальнейшее развитие органической материи. Результатом выполнения исследований в рамках проекта станет вклад в ответы на фундаментальные вопросы об условиях появления и распространенности органической материи в Галактике, а также лучшее понимание пределов формирования сложных органических соединений в протозвездных объектах, в частности, ответ на вопрос, возможно ли образование простейшей аминокислоты - глицина.
При выполнении проекта будут построены численные модели, с помощью которых предполагается выявить влияние начальных условий звездообразования на возможность зарождения и эволюции органической материи в дозвездных ядрах. Помимо этого, будут предложены новые модели образования сложных органических молекул в диффузной среде и холодном молекулярном газе. В частности, впервые будут построены химико-динамические модели эволюции органической материи на ранних стадиях звездообразования: будет исследована возможность формирования органических молекул в диффузных облаках, а также в процессе образования плотных молекулярных ядер в гигантских молекулярных облаках. Кроме этого, мы планируем включить в модель эффекты нетепловой и взрывной десорбции мантий межзвездных пылевых частиц, и исследовать новый сценарий синтеза сложных молекул благодаря существенно неравновесным локальным химическим процессам, вызванным взаимодействием космических лучей с ледяными мантиями. Также будет впервые исследована возможность появления сложных органических молекул в диффузной среде в рамках так называемого "top-down" сценария, подразумевающего разрушение частиц полиароматических углеводородов как первый шаг в образовании органических соединений. Наконец, в рамках изучения влияния начальных условий формирования дозвездных ядер на их дальнейшую химическую эволюцию, будет впервые проведена оценка влияния мелкомасштабных неустойчивостей в межзвездной газопылевой плазме на химический состав диффузной среды.
Параллельно с запланированными теоретическими исследованиями, в рамках проекта предполагается проведение наблюдательных исследований релевантных объектов межзвездной среды (таких, как L1544, L1688, L1495, L183, B5, S235, Orion Bar) с использованием крупнейших мировых инструментов: IRAM, NOEMA, ALMA, SOFIA и др. Предлагаемый комплексный подход, помимо увеличения количества сведений о молекулярном составе исследуемых объектов межзвездной среды, позволит наложить важнейшие качественные и количественные ограничения на предлагаемые теоретические модели.
Актуальность предлагаемой тематики исследований обусловлена обнаружением в последние годы множества сложных органических молекул в самых разнообразных типах объектов межзвездной среды, включая холодные молекулярные ядра, диффузные облака, а также области фотодиссоциации. Существующие теоретические модели не способны объяснить образование органических молекул в этих типах объектов. Новизна предлагаемого подхода заключается в применении методов и подходов из смежных областей физики, с целью выявления принципиально новых сценариев возникновения органической материи в межзвездной среде и построения соответствующих детальных теоретических моделей.
Ожидаемые результаты проекта 2021-2022 гг.:
Будет исследовано влияние молекул, попадающих в газ в результате эрозии пылевых частиц космическими лучами, на химическую эволюцию темного холодного молекулярного газа в областях звездообразования.
Будут исследована возможность оценки динамического возраста дозвездных ядер по профилям распределения молекул в них и по значению степени вымерзания молекулы CO.
Будет изучена возможность образования сложных органических молекул за счет диффузионной химии, индуцируемой локальным нагревом ледяных мантий межзвездных пылевых частиц при различных величинах потока космических лучей, соответствующих различным областям межзвездной среды в Галактике.
Будет проведено сравнение содержания молекул СО в различных областях маломассивного звездообразования. По результатам будут сделаны выводы о неодинаковости содержаний химических элементов, участвующих в химических реакциях в межзвездной среде, в различных областях звездообразования.
