Пылевые кластеры: ключевые игроки в формировании предорганики в протопланетных дисках

В лаборатории термодинамики и математического моделирования природных процессов Института геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН (ГЕОХИ РАН) было проведено исследование, посвященное анализу структуры фрактальных пылевых кластеров в протопланетных дисках. Результаты математического моделирования продемонстрировали, что эти кластеры могли играть важную роль в образовании сложных предорганических соединений.

В ходе компьютерного моделирования учёные выяснили, что при развитии твердой частицы в газово-пылевом протопланетном диске формируются пылевые кластеры различных размеров. По своей структуре они напоминают пористые материалы, такие как адсорбенты и катализаторы, которые применяются в процессе органического синтеза.

Такое строение делает пылевые кластеры значимыми участниками химической эволюции веществ в протопланетных дисках. В частности, они способны захватывать сложные молекулы, а также летучие соединения, такие как H₂O и CO, из холодных внешних областей диска и перемещать их в более теплые внутренние зоны, где образуются сложные вещества. Это открывает новые направления в исследовании химической эволюции дисков и роли пылевых кластеров в процессе формирования предорганических соединений.

«Пылевые фрактальные кластеры проходят через несколько стадий эволюции, включая переработку частиц под воздействием электростатических сил, механических напряжений и испарения летучих компонентов при пересечении “снеговых линий”. По мере перемещения кластеров в более теплые области изменяется их поровая структура, что увеличивает площадь поверхности, способную удерживать захваченные соединения. Эти изменения формируют новые каналы для взаимодействия газов и замкнутых соединений», — пояснил старший научный сотрудник лаборатории термодинамики и математического моделирования природных процессов ГЕОХИ РАН и кандидат технических наук Андрей Русол.

Данные наблюдений, собранные с использованием радиотелескопов ALMA в чилийской пустыне Атакама, подтверждают наличие сложных предорганических соединений в протопланетных дисках. Эти соединения, находящиеся в пористом пространстве кластеров, способны участвовать в реакциях, которые не происходили бы в свободной газовой среде протопланетных дисков.

В будущем исследователи намерены продолжить изучение структуры и эволюции пылевых кластеров, а также их воздействия на химическую эволюцию протопланетных дисков. Для этого они планируют использовать наблюдательные данные, собранные современными наземными и космическими инструментами, что позволит подтвердить предложенные модели.

Данное исследование было осуществлено при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования России.