Космическая пыль как катализатор водорода в межзвездной среде
В исследовании, проведенном физиками-материаловедами Юйчжэнь Го и Дэвидом Маккензи из Сиднейского университета, предложено новое объяснение механизма образования молекулярного водорода в космическом пространстве. Проблема избытка H₂ долгое время оставалась загадкой для астрономов, поскольку в условиях вакуума и низких температур вероятность случайного столкновения и связывания двух атомов водорода крайне мала.
Ученые выдвинули гипотезу, что катализатором этого процесса может выступать космическая пыль, и для ее проверки использовали фуллерены C₆₀ — углеродные молекулы сферической формы, схожие по свойствам с космическими пылевыми частицами.
Методология исследования включала компьютерное моделирование поведения атомов водорода при взаимодействии с фуллеренами. Были рассмотрены два сценария: в первом два атома водорода, слабо адсорбированные на поверхности фуллерена, перемещались по ней до столкновения и образования связи. Во втором сценарии свободный атом водорода сталкивался с уже адсорбированным атомом на поверхности углеродной структуры. В обоих случаях моделирование показало успешное образование молекулы H₂.
Ключевым результатом стало обнаружение того, что обратный распад молекулы водорода не происходил из-за диссипации энергии, выделяющейся при связывании атомов. Фуллерен поглощал эту энергию, стабилизируя новообразованную молекулу. Кроме того, процесс оказался возможным в широком диапазоне температур — от 10 К (близких к температуре межзвёздной среды) до 50 К, а также при более высоких энергиях.
Исследователи пришли к выводу, что космическая пыль, представленная в модели фуллеренами, действительно может служить эффективным катализатором синтеза молекулярного водорода в условиях космоса.
Это открытие дает важное теоретическое обоснование для объяснения наблюдаемого обилия H₂ во Вселенной и подчеркивает роль твердофазных каталитических процессов в астрохимии. Работа также открывает перспективы для дальнейших исследований, включая экспериментальную проверку предложенного механизма и изучение влияния других типов космической пыли на химическую динамику межзвёздной среды.