Физики объяснили обилие молекулярного водорода в космосе

Астрономы давно задаются вопросом, почему в межзвездном пространстве так много молекулярного водорода. Казалось бы, вероятность того, что два свободных атома водорода встретятся и образуют связь в огромном космическом пространстве, крайне мала. Однако наблюдения показывают обратное: молекулярный водород — один из самых распространенных компонентов межзвездной среды.

В апреле 2025 года два физика-материаловеда из Университета Сиднея предложили вероятное объяснение этому феномену. Согласно их гипотезе, ключевую роль в процессе играет космическая пыль, которая может выступать катализатором соединения отдельных атомов водорода в молекулы.

Чтобы проверить теорию, исследователи обратились к компьютерному моделированию. В качестве модели космической пыли они выбрали фуллерены — сфероидальные молекулы, состоящие из 60 атомов углерода. Этот выбор не случаен: фуллерены по своим характеристикам близки к реальной космической пыли, а их присутствие в космосе подтверждено множеством наблюдений.

Ученые построили трехмерную модель фуллерена и изучили поведение атомов водорода при взаимодействии с ней. Рассматривались два сценария. В первом два слабо связанных с поверхностью фуллерена атома водорода сближались между собой. Во втором свободный атом сталкивался с атомом, уже закрепленным на фуллерене.

Моделирование показало, что в обеих ситуациях атомы образуют устойчивую связь, формируя молекулу водорода. Примечательно, что выделяемая при соединении энергия остается внутри самой частицы фуллерена. Это предотвращает обратный процесс — диссоциацию только что образовавшейся молекулы.

Таким образом, космическая пыль может действовать как эффективный катализатор, позволяя атомам водорода соединяться даже в разреженной межзвездной среде. Полученные результаты помогают объяснить наблюдаемое обилие молекулярного водорода в космосе.

Работа сиднейских физиков демонстрирует, как компьютерное моделирование на молекулярном уровне помогает решать астрофизические загадки. Хотя исследование основано на модели фуллерена, оно предлагает правдоподобный механизм, который может быть распространен и на другие типы космической пыли.