Уэбб открывает темную сторону химии дозвездного льда

Международная группа астрономов с помощью космического телескопа "Джеймс Уэбб" объявила об обнаружении разнообразных льдов в самых темных областях холодного молекулярного облака, из измеренных на сегодня. Этот результат позволяет астрономам изучить простые ледяные молекулы, которые будут входить в состав будущих экзопланет, одновременно открывая новое окно в происхождение сложных молекул, которые являются первым шагом в создании строительных блоков жизни.

Как рассказывают в НАСА, если вы хотите построить пригодную для жизни планету, льды являются жизненно важным ингредиентом, поскольку они являются основным источником нескольких ключевых элементов — углерода, водорода, кислорода, азота и серы (обозначаются здесь как CHONS). Эти элементы являются важными составляющими как планетарных атмосфер, так и молекул, таких как сахара, спирты и простые аминокислоты.

Международная группа астрономов с помощью космического телескопа "Джеймс Уэбб" получила подробный перечень самых глубоких и холодных льдов, измеренных на сегодня в молекулярном облаке. Кроме простых льдов, таких как вода, команда смогла идентифицировать замороженные формы широкого спектра молекул, от карбонилсульфида, аммиака и метана до простейшей сложной органической молекулы - метанола. (Исследователи считали органические молекулы сложными, если в них шесть или более атомов).

Это самая полная на сегодняшний день перепись ледяных ингредиентов, доступных для создания будущих поколений звезд и планет, до того, как они нагреются во время формирования молодых звезд.

«Наши результаты дают представление о начальной, темной химической стадии формирования льда на зернах межзвездной пыли, которые вырастут в сантиметровые камешки, из которых формируются планеты в дисках», - сказала Мелисса МакКлюр, астроном из Лейденской обсерватории в Нидерландах, главный исследователь программы наблюдений и ведущий автор статьи, описывающей этот результат. «Эти наблюдения открывают новое окно в пути образования простых и сложных молекул, необходимых для создания строительных блоков жизни».

В дополнение к идентифицированным молекулам, команда обнаружила доказательства существования молекул более сложных, чем метанол, и, хотя они не смогли окончательно отнести эти сигналы к конкретным молекулам, это впервые доказывает, что сложные молекулы образуются в ледяных глубинах молекулярных облаков до рождения звезд.

«Наша идентификация сложных органических молекул, таких как метанол и, возможно, этанол, также предполагает, что многие звездные и планетарные системы, развивающиеся в этом конкретном облаке, унаследуют молекулы в достаточно развитом химическом состоянии», - добавил Уилл Роча, астроном из Лейденской обсерватории, который внес вклад в это открытие. «Это может означать, что наличие предшественников пребиотических молекул в планетарных системах является обычным результатом формирования звезд, а не уникальной особенностью нашей Солнечной системы».

Обнаружив серосодержащий ледяной карбонилсульфид, содержащий серу, исследователи впервые смогли оценить количество серы, содержащейся в ледяных дозорных пылевых зернах. Хотя измеренное количество больше, чем наблюдалось ранее, оно все же меньше общего количества, которое, как ожидается, должно присутствовать в этом облаке, исходя из его плотности.

 

Это справедливо и для других элементов CHONS. Основная задача астрономов - понять, где скрываются эти элементы: во льду, сажеподобных материалах или горных породах. Количество CHONS в каждом типе материала определяет, сколько этих элементов окажется в атмосферах экзопланет, а сколько — в их внутренностях.

«Тот факт, что мы не увидели все CHONS, которые мы ожидали, может указывать на то, что они заперты в более каменистых или сажевых материалах, которые мы не можем измерить», - пояснил МакКлюр. «Это могло бы обеспечить большее разнообразие в основном составе земных планет».

Химическая характеристика льда была получена путем изучения того, как звездный свет из-за пределов молекулярного облака поглощается молекулами льда внутри облака в определенных инфракрасных диапазонах волн, видимых Уэббом.

Этот процесс оставляет после себя химические отпечатки, известные как линии поглощения, которые можно сравнить с лабораторными данными, чтобы определить, какие льды присутствуют в молекулярном облаке. В этом исследовании команда выбрала льды, расположенные в особенно холодном, плотном и трудноизучаемом участке молекулярного облака Chamaeleon I — участке, расположенном примерно в 500 световых годах от Земли, в котором в настоящее время формируются десятки молодых звезд.

«Мы просто не смогли бы наблюдать эти льды без "Уэбба"», - сказал Клаус Понтоппидан, научный сотрудник проекта "Уэбб" в Научном институте космического телескопа в Балтиморе, штат Мэриленд, который участвовал в этом исследовании. «Льды выглядят как провалы на фоне фонового звездного света. В таких холодных и плотных регионах большая часть света от фоновой звезды блокируется, поэтому для обнаружения света звезды и идентификации льда в молекулярном облаке нужна была высокая чувствительность "Уэбба"».



Это исследование является частью проекта "Ледниковый период", одной из 13 научных программ "Уэбба". Эти наблюдения призваны продемонстрировать наблюдательные возможности "Уэбба" и позволить астрономическому сообществу узнать, как получить максимальную отдачу от его инструментов. Команда "Ледникового периода" уже планирует дальнейшие наблюдения и надеется проследить путь льда от его образования до образования ледяных комет.

«Это лишь первый из серии спектральных снимков, которые мы получим, чтобы проследить эволюцию льда от его начального синтеза до образования комет в протопланетных дисках», - подытожил МакКлюр. «Это подскажет нам, какая смесь льда — и, следовательно, какие элементы - может быть в конечном итоге доставлена на поверхности земных экзопланет или включена в атмосферы гигантских газовых или ледяных планет».

Эти результаты были опубликованы в журнале Nature Astronomy.

стаття українською мовою