Якщо ви хочете побудувати придатну для життя планету, лід є життєво важливим інгредієнтом, оскільки він є основним джерелом кількох ключових елементів, а саме вуглецю, водню, кисню, азоту та сірки (тут іменуються ЧОНС). Ці елементи є важливими інгредієнтами як планетарних атмосфер, так і таких молекул, як цукри, спирти та прості амінокислоти.
Міжнародна група астрономів за допомогою космічного телескопа Джеймса Вебба NASA отримала детальну інвентаризацію найглибших і найхолодніших льодів, виміряних на сьогоднішній день у молекулярній хмарі. На додаток до простого льоду, такого як вода, команда змогла ідентифікувати заморожені форми широкого діапазону молекул, від карбонілсульфіду, аміаку та метану до найпростішої складної органічної молекули метанолу. (Дослідники вважають, що органічні молекули є складними, якщо вони містять шість або більше атомів.) Це найповніший на сьогоднішній день перелік крижаних інгредієнтів, доступних для створення майбутніх поколінь зірок і планет, перш ніж вони нагріються під час формування молодих зірок.
«Наші результати дають уявлення про початкову, темну хімічну стадію утворення льоду на міжзоряному пилу, який перетворюється на гальку сантиметрового розміру, з якої планети утворюються в дисках», — сказала Мелісса МакКлур, астроном Лейденської обсерваторії в США. Нідерланди, який є головним дослідником програми спостереження та провідним автором статті, що описує цей результат. «Ці спостереження відкривають нове вікно в шляхах утворення простих і складних молекул, необхідних для створення будівельних блоків життя».
На додаток до ідентифікованих молекул, команда знайшла докази наявності молекул, складніших за метанол, і, хоча вони остаточно не віднесли ці сигнали до конкретних молекул, це вперше доводить, що складні молекули утворюються в крижаних глибинах молекулярних хмар. до народження зірок.
«Наша ідентифікація складних органічних молекул, таких як метанол і, можливо, етанол, також свідчить про те, що багато зоряних і планетних систем, що розвиваються в цій конкретній хмарі, успадковують молекули в досить просунутому хімічному стані», – додав Вілл Роча, астроном з Лейденської обсерваторії, який вніс свій внесок у дослідження. до цього відкриття. «Це може означати, що наявність попередників пребіотичних молекул у планетних системах є загальним результатом утворення зірок, а не унікальною особливістю нашої власної сонячної системи».
Астрономи провели інвентаризацію найбільш глибоко заглиблених льодів у холодну молекулярну хмару на сьогоднішній день. Вони використали світло фонової зірки під назвою NIR38, щоб освітлити темну хмару під назвою Chamaeleon I. Криги всередині хмари поглинали певні довжини хвилі інфрачервоного світла, залишаючи спектральні відбитки, які називаються лініями поглинання. Ці лінії показують, які речовини присутні в молекулярній хмарі. Ці графіки показують спектральні дані трьох інструментів космічного телескопа Джеймса Вебба. На додаток до простого льоду, такого як вода, наукова команда змогла ідентифікувати заморожені форми широкого діапазону молекул, від вуглекислого газу, аміаку та метану до найпростішої складної органічної молекули, метанолу.Авторство: NASA, ESA, CSA та Дж. Олмстед (STScI)
Виявивши карбонілсульфід льоду, що містить сірку, дослідники вперше змогли оцінити кількість сірки, яка міститься в крижаних дозоряних частинках пилу. Хоча виміряна кількість більша, ніж спостерігалося раніше, вона все ще менша за загальну кількість, яка очікується в цій хмарі, виходячи з її щільності. Це вірно і для інших елементів CHONS. Ключовим завданням для астрономів є розуміння того, де ховаються ці елементи: у льоду, схожих на сажу матеріалах чи скелях. Кількість CHONS у кожному типі матеріалу визначає, скільки з цих елементів потрапляє в атмосферу екзопланет, а скільки — в їхні надра.
«Той факт, що ми не бачили всіх CHONS, які ми очікуємо, може вказувати на те, що вони замкнені в більш кам’янистих або чадних матеріалах, які ми не можемо виміряти», – пояснив МакКлюр. «Це може дозволити більшу різноманітність основного складу планети земної групи».
Хімічна характеристика льоду була виконана шляхом вивчення того, як зоряне світло з-поза молекулярної хмари поглинається крижаними молекулами всередині хмари на певних інфрачервоних довжинах хвиль, видимих Веббу. Цей процес залишає за собою хімічні відбитки, відомі як лінії поглинання, які можна порівняти з лабораторними даними, щоб визначити, які льоди (заморожені молекули) присутні в молекулярній хмарі. У цьому дослідженні команда націлилася на льоди, поховані в особливо холодній, щільній і важкій для дослідження області молекулярної хмари Chamaeleon I, області приблизно в 500 світлових роках від Землі, яка зараз знаходиться в процесі формування десятків молодих зірки.
«Ми просто не могли б спостерігати за цим льодом без Вебба», — уточнив Клаус Понтоппідан, науковий співробітник проекту Вебба з Наукового інституту космічного телескопа в Балтіморі, штат Меріленд, який брав участь у цьому дослідженні. «Лід виглядає як спади на тлі безперервного фонового світла зірок. У таких холодних і щільних регіонах велика частина світла від фонової зірки блокується, і вишукана чутливість Вебба була необхідна для виявлення світла зірок і, отже, ідентифікації льоду в молекулярній хмарі».
Це дослідження є частиною проекту Ice Age , однієї з 13 наукових програм Webb Early Release Science . Ці спостереження призначені для демонстрації спостережних можливостей Вебба та дозволу астрономічному співтовариству дізнатися, як отримати найкраще від його приладів. Команда Льодовикового періоду вже запланувала подальші спостереження та сподівається простежити шлях льоду від його формування до скупчення крижаних комет.
«Це лише перший у серії спектральних знімків, які ми отримаємо, щоб побачити, як лід еволюціонує від свого початкового синтезу до областей кометоутворення протопланетних дисків», — підсумував МакКлюр. «Це скаже нам, яка суміш льоду — і, отже, які елементи — може врешті-решт бути доставлена на поверхню земних екзопланет або включена в атмосферу гігантських газових або крижаних планет».
Ці результати були опубліковані в журналі Nature Astronomy за 23 січня.
Космічний телескоп Джеймса Вебба є головною у світі обсерваторією космічної науки. Вебб розгадає таємниці в нашій Сонячній системі, загляне в далекі світи навколо інших зірок і дослідить таємничі структури та походження нашого Всесвіту та наше місце в ньому. Webb — це міжнародна програма, яку очолює NASA разом зі своїми партнерами, ESA (Європейським космічним агентством) і Канадським космічним агентством.