Latvijas Zinātnes Padomes granta projekts “Organisko vielu evolūcija zvaigžņu un planētu veidošanās reģionos (OMG)” tuvojas noslēgumam
Projekts OMG Ventspils Augstskolas vadošā viespētnieka A. Vasjuņina vadībā tiek īstenots kopš 2018. gada un noslēgsies 2021. gada augustā. Tajā tiek pētīti vairāki aspekti, kas ietekmē organisko savienojumu veidošanos kosmosā. Šis process ir nozīmīgs arī saistībā ar dzīvības izveidošanos uz Zemes. Tiek veikti gan astronomiskie novērojumi, gan teorētiski pētījumi – ķīmiskās modelēšanas aprēķini, lai papildinātu izpratni pasaules zinātnē par projekta tēmu.
Liela nozīme organiskajai sintēzei kosmosā ir ķīmiskajām reakcijām uz cietu daļiņu – starpzvaigžņu putekļu virsmas. Šī procesa paša smalkākā mēroga – atomu un molekulu līmeņa – atveidošanai projekta dalībnieki izveidoja programmu, kas spēj atveidot gan putekļu veidošanos, gan atomu kustību pa putekļa virsmu, kas var noslēgties ar atomu sastapšanos un molekulas izveidošanos. Dēļ starpzvaigžņu vidē valdošajiem apstākļiem putekļi izveidojas amorfi, t.i., bez regulāras kristāliskas struktūras (sk. 1. attēlu).
1. attēls. No oglekļa atomiem veidota starpzvaigžņu putekļa kodoliņa fraktālā struktūra.
Projektā detalizēti pētīti arī iztvaikošanas procesi, kas notiek, starpzvaigžņu vidē uzsilstot ledaniem puteklīšiem. Ledus, kas tos klāj aukstajos miglājos, sastāv no gaistošām vielām – slāpekļa, oglekļa oksīdiem u.c., kas iztvaiko secīgi, atsedzot dziļākus un dziļākus ledus kārtiņas slānīšus, vienlaikus ietekmējot arī gāzes fāzes sastāvu.
Cita veida ķīmiskā modelēšana – pētījumi par organisko savienojumu sintēzi vidē ap masīviem zvaigžņu veidošanās rajoniem – tika uzsākta tikai projekta otrajā pusē. Šajā teorētiskajā darbā tiek izmantots mazāk detalizēts modelis, kas toties spēj atveidot daudzveidīgus procesus – reakcijas gāzveidā un uz puteklīšu virsmas, kā arī atomu un molekulu mijiedarbību ar kosmosu caurstrāvojošo starojumu. Šādas simulācijas atveido kosmisko zvaigznes veidojošo miglāju ķīmisko evolūciju tūkstošu un miljonu gadu laikposmos. Projektā tiek pētīts, kā izveidojušās organiskās vielas no putekļu virsmas nokļūst gāzes fāzē, kur tās ir novērojamas ar radioteleskopiem no Zemes.
Šos modelēšanas darbus tiešā veidā papildina ar Irbenes radioteleskopiem veiktie metanola u.c. savienojumu māzeru novērojumi. Organisko vielu māzeri (pastiprināts molekulu raidīts radiolīniju starojums) rodas ap jaunām masīvām zvaigznēm un to novērojumu papildināšana ar astroķīmisko modelēšanu ļaus iegūt papildus informāciju par novērotajiem objektiem. Zinātniskajā literatūrā jau publicēti projektā veiktu māzeru novērojumu rezultāti, kas liecina par augstu gāzes blīvumu rajonos ap jaunām masīvām zvaigznēm.
Pētījumi turpināti ar novērojumu un modelēšanas darbiem par vienu no dzīvībai svarīgākajiem ķīmiskajiem elementiem – fosforu. Sadarbībā ar Vācijas un Itālijas astronomiem novēroti tāli zvaigžņu veidošanās rajoni un daudz tuvākās Saules sistēmas komētas. Šos datus papildina astroķīmiskā datormodelēšana. Tālajā kosmosā fosfors visbiežāk sastopams savienojumos ar oglekli, kamēr komētās pārsvarā ir divatomu molekula PO. Tādējādi savienojumi ar skābekli visdrīzāk ir forma, kādā fosfors Saules sistēmas pirmsākumos lielos apjomos nonācis uz jaunizveidojušās Zemes, kur tas šobrīd kalpo kā DNS un citu biomolekulu būtiska sastāvdaļa.
Planētas veidojas un savu sākotnējo organisko savienojumu komplektu iegūst reģionos, kas daudz tuvāki jaunradušamies protozvaigznei – protoplanetārajā diskā. Šis jautājums projektā tika adresēts, modelējot organisko vielu sadalījumu protoplanetārajā diskā divās dimensijās (2. attēls kā piemērs).
2. attēls. Modelētais skudrskābes HCOOH koncentrācijas sadalījums protoplanētārā diskā ap Saules tipa protozvaigzni. Horizontālā ass: diska rādiuss r (protozvaigzne kreisajā pusē), vertikālā ass z – augstums virs diska viduslīnijas (mērvienībās z/r). Krāsu indekss norāda vielas relatīvo koncentrāciju.
Vēl darāmie darbi projektā palikuši maz. Viens no tiem ir iegūt datus par fizikālo apstākļu attīstību zvaigzni veidojošā miglājā. Miglāja blīvums, temperatūra un starojuma līmenis nosaka valdošos ķīmiskos procesus, kas, savukārt, ietekmē iespējas organisko vielu sintēzei. Bez tam aukstā vidē uz puteklīšiem izsalst ledus slānītis, kurā molekulas pārveidojas daudz lēnāk kā gāzveidā. Tāpēc svarīga ir arī miglāja fizikālās attīstības vēsture, ne vien apstākļi dotajā brīdī. Šī aspekta ietekmes pētīšanai uz organisko savienojumu koncentrāciju tumšos miglājos tiek veikts astroķīmiskās modelēšanas darbs.
Pētījums tiek realizēts Latvijas Zinātnes padomes Fundamentālo un lietišķo pētījumu projekta Nr. lzp-2018/1-0170 “Organisko vielu evolūcija zvaigžņu un planētu veidošanās reģionos” (OMG) ietvaros un ilgst 36 mēnešus. Kopējais projekta finansējums 300 000 EUR.
Dalīties ar ziņu
Citi jaunumi
