Еще в 1919 году астрономы обратили внимание на присутствие серий необычайно широких полос поглощения в видимом и инфракрасном диапазонах, наложенных на эмиссионные спектры некоторых звезд. Эти провалы указывают на присутствие какого-то загадочного вещества, находящегося в диффузных облаках в межзвездном пространстве между заезд ой и наблюдателем. Особенности этого спектра, получившие название «диффузных межзвездных полос поглощения» (ДМПП), наиболее точно говорят о химическом составе диффузной межзвездной среды. Однако, несмотря на десятилетия усилий, пока не обнаружили ни одной такой полосы, которая соответствовала бы определенной молекуле.
Вместе с тем за последние 10 лет удалось добиться значительного прогресса: астрономы научились гораздо точнее отличать полосы поглощения, возникающие за счет диффузной межзвездной среды, от фонового «шума» молекул, входящих в состав звезд и земной атмосферы. Этот прогресс выразился также и в резком увеличении количества выявленных загадочных полос:
15 лет назад были известны лишь 35 ДМПП, а сейчас хорошо изучены ДМПП на различных длинах волн — от голубой части видимого спектра до ближнего ИК-диапазона.
Но каковы бы ни были эти молекулы, астрономы полагают, что они должны отличаться от молекул, встречающихся в космическом пространстве в силу крайней суровости условий диффузной межзвездной среды. Яркое излучение звезд, не задерживаемое космической пылью, должно постоянно бомбардировать молекулы фотонами ультрафиолетового излучения. Этого должно быть достаточно для расщепления простых молекул на атомы и другие составные части, а более крупные молекулы могут терять электроны и превращаться в ионы. Вполне вероятно, что диффузная межзвездная среда содержит ионы или свободные радикалы. Лет десять назад примерно половина всех астрономов, интересующихся данным вопросом, полагала, что ДМПП возникают благодаря твердым частичкам углерода. Сейчас большинство видит источник их возникновения в углеродосодержащих молекулах. Существуют свидетельства, позволяющие предположить, что ДМПП образованы большими молекулами, возможно, на углеродной основе, а не просто частицами пыли. Но с уверенностью можно сказать лишь одно: ДМПП возникают не из-за присутствия какой-то одной таинственной молекулы, как когда-то думали многие.
В 1987 году астрономы обнаружили, что интенсивность этих полос изменяется с углом зрения. Некоторые из полос при этом уменьшаются, а другие — синхронно увеличиваются. Ключи к загадке были недавно получены в лабораторных экспериментах. Химики создали крупные сложные молекулы, содержащие углерод, и изучили их спектры поглощения в условиях, напоминающих межзвездную среду: очень низкие температуры (всего на несколько градусов выше абсолютного нуля), интенсивное ультрафиолетовое излучение и сильное разрежение.
В полученных спектрах обнаружили аналоги пятнадцати диффузных межзвездных полос поглощения в видимой и ближней инфракрасной частях спектра. Итоговые данные позволят предположить, что значительная часть молекул в диффузной межзвездной среде может представлять собой ненасыщенные углеродные цепи, содержащие от 6 до 16 атомов углерода.
Были также получены убедительные доказательства существования ДМПП в ультрафиолетовой части спектра, которые наблюдались с помощью космического телескопа «Хаббл». Вместе с тем если теория углеродных цепочек будет доказана, то откуда могли взяться такие молекулы? Существует гипотеза, согласно которой цепочки могли образоваться из более простых углеродосодержащих молекул, существующих в плотных облаках, и механизм процесса сходен с имеющим место в скоплениях углеродных молекул под воздействием мощного дугового электрического разряда. Некоторые исследователи, однако, доказывают, что какие-то ДМПП вызываются более сложными углеродосодержащими молекулами, в которые входят кольцеобразные структуры. Наиболее подходящими кандидатами на эту роль представляются полиароматические углеводороды, достаточно широко распространенные на Земле. Хотя с момента появления этой гипотезы прошло 10 лет, лишь недавно спектроскопическими исследованиями были получены доказательства ее правильности.