Запущенная установка служит ключевым элементом Центра лабораторной астрофизики Самарского филиала Физического института имени П.Н.Лебедева РАН (СФ ФИАН). Центр астрофизики был создан в рамках мегагранта правительства РФ "Происхождение и эволюция органических молекул в нашей Галактике". Созданием и запуском установки занималась совместная команда ученых СФ ФИАН и Самарского университета им. Королева. Смонтированное оборудование обладает уникальными характеристиками, с его помощью можно моделировать воздействие космического ионизирующего излучения на аналоги внеземных, межзвездных льдов в широком диапазоне химических и физических параметров. В ходе первых экспериментов ученые получили в космических условиях из метанового льда высокомолекулярные компоненты природного газа - пропан и бутан.

"Работы по сборке установки завершены, мы ее запустили. Проведены первые эксперименты и получены интересные результаты. Основной задачей этих первых экспериментов было, во-первых, проверить, что установка работает так, как было задумано, а во-вторых, посмотреть под новым углом на химические процессы в метановом межзвездном льду", - рассказал доцент кафедры физики Самарского университета им. Королева Иван Антонов.

Как отметил ученый, метановый лед является достаточно хорошо изученной системой, ученые в разных странах уже облучали такие аналоги внеземного льда ультрафиолетовыми лучами, электронами, протонами, альфа-частицами и ядрами более тяжелых элементов.

"Известно, что при облучении образуются более высокомолекулярные углеводороды, но при этом механизмы реакций различаются в зависимости от того, чем лед облучают. Мы использовали УФ-фотоны с энергией 10.5 эВ, это близко к линии атомарного водорода Лайман-альфа - таких фотонов в космосе особенно много в свете молодых звезд. Метановый лед удалось наморозить в установке в виде очень тонкой пленки, менее одного микрометра толщиной, при температуре менее пяти Кельвинов (минус 268 градусов Цельсия). После облучения мы, кроме метана, увидели во льду еще молекулярный водород, воду, которая образовалась в реакциях метана с примесью кислорода, а также более высокомолекулярные углеводороды - пропан и бутан. Эксперименты показали, что установка работает как задумано. Полученные данные по механизмам образования пропана и бутана мы опубликуем и представим на научных конференциях", - сообщил Иван Антонов.

Об установке

Исследования в сфере взаимодействия ионизирующего излучения с аналогами межзвездных льдов проводятся в мире в течение уже почти полувека, однако понимание синтеза сложных органических молекул в межзвездном пространстве до сих пор находится в зачаточном состоянии. Предыдущие исследования были ограничены техническими возможностями для проведения экспериментов и недостаточным уровнем оборудования для анализа образующихся молекул.

Внутри же созданной в Самаре установки можно воспроизводить условия различных уголков межзвездной среды - от холодных молекулярных облаков до областей звездообразования. Температуру экспериментов можно менять в широком диапазоне от четырех до 350 градусов Кельвина (от -269 до +76 градусов Цельсия). Специальные насосы создают внутри основной камеры установки сверхвысокий вакуум, благодаря чему исключено появление в рабочем пространстве каких-либо загрязнений или примесей.

В центре основной камеры установлено крохотное серебряное зеркальце площадью всего 1 кв. см. Во время экспериментов с помощью газовых конденсационных узлов на зеркальце образуется тонкая ледяная "мантия" толщиной несколько сотен нанометров - по данным ученых, слой льда именно такой толщины покрывает частицы звездной пыли в космосе. Состав льда особенный - кроме привычной воды, в качестве ингредиентов такого внеземного льда выступают различные ароматические молекулы в разных процентных соотношениях.

Покрытое льдом серебряное зеркальце служит мишенью, которая во время экспериментов "обстреливается" пучками частиц - фотонов, электронов и других, совсем как в реальном космосе. Научные приборы фиксируют и анализируют образующиеся при этом продукты реакций. Согласно расчетам, установка "ускоряет" время протекания реакций - например, десять часов облучения фотонами ледяной мишени на установке эквивалентны примерно одному миллиону лет облучения льда фотонами в условиях молекулярного облака в космосе.

Как считают ученые, в ходе этих экспериментов удастся получить биологически важные молекулы и тогда, например, можно будет понять, как в космосе образуются простейшие аминокислоты, которые затем с помощью метеоритов могут попасть на Землю. Научное оборудование также можно будет использовать для испытаний на радиационную прочность перспективных материалов для обшивки космических кораблей и спутников: установку планируется оснастить несколькими источниками энергетических частиц, чтобы можно было наглядно показать, что произойдет с тем или иным веществом в условиях космоса в течение определенного времени. Оборудование легко адаптируется для определения радиационной стабильности материалов и покрытий космических зондов и лунных станций.

По мнению экспертов, после запуска данной установки Самару можно по праву считать мировым научным центром компетенций в сфере исследований зарождения жизни во Вселенной. Как сообщалось ранее, в 2021 году в Самарском университете в международной научно-исследовательской лаборатории "Физика и химия горения" в рамках мегагранта правительства РФ была создана самая большая в мире экспериментальная установка, которая позволяет исследовать и моделировать не только процессы, происходящие в камерах сгорания газотурбинных двигателей, но и химические реакции, характерные для околозвездного пространства. Как было доказано учеными, в результате этих химических реакций на поверхности звездных пылинок, образованных из полициклических ароматических углеводородов, могут синтезироваться органические молекулы.