В лаборатории термодинамики и математического моделирования природных процессов Института геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского Российской академии наук (ГЕОХИ РАН) провели исследование структуры пылевых фрактальных кластеров в протопланетных дисках. Математическое моделирование показало, что эти кластеры могли способствовать образованию сложных предорганических соединений.
Выполнив компьютерное моделирование, учёные установили, что при эволюции твердотельной составляющей в газово-пылевом протопланетном диске образуются пылевые кластеры разнообразных размеров. Эти кластеры по своей структуре напоминают пористые материалы — адсорбенты, катализаторы и носители вещества, используемые в органическом синтезе.
Подобная структура делает пылевые кластеры активными участниками химической эволюции вещества протопланетных дисков. В частности, они могут захватывать сложные молекулы, а также H₂O, CO и другие летучие соединения из холодных внешних областей диска и транспортировать их в тёплые внутренние регионы, где формируются сложные вещества. Это открывает новые подходы к изучению химической эволюции дисков и роли пылевых кластеров в формировании предорганических соединений.
«Пылевые фрактальные кластеры проходят через несколько этапов эволюции, включая перестройку частиц под воздействием электростатических сил, механических напряжений и испарения летучих веществ при пересечении "снеговых линий". По мере перемещения кластеров в более тёплые области, изменяется их поровое пространство, что увеличивает площадь поверхности, способной удерживать захваченные соединения. Эти процессы изменяют структуру порового пространства, открывая каналы для взаимодействия газовой составляющей и захваченных соединений», — рассказал автор исследования старший научный сотрудник лаборатории термодинамики и математического моделирования природных процессов ГЕОХИ РАН, кандидат технических наук Андрей Русол.
Наблюдательные данные, полученные с помощью таких инструментов, как комплекс радиотелескопов ALMA в чилийской пустыне Атакама, подтверждают наличие сложных предорганических соединений в протопланетных дисках. Такие соединения, удерживаемые в поровом пространстве кластеров, обладают возможностью вступать в реакции, которые не могли бы протекать в свободной газовой среде протопланетных дисков.
В дальнейшем учёные планируют продолжить изучение структуры и эволюции пылевых кластеров, а также их влияния на химическую эволюцию протопланетных дисков. Для этого они собираются использоваться наблюдательные данные, полученные современными наземными и космическими аппаратами, что позволит верифицировать предлагаемую модель.
Исследование выполнено при финансовой поддержке Минобрнауки России.
