Recenti osservazioni di molecole di ghiaccio da parte del James Webb Space Telescope aiuteranno gli scienziati a capire come si formano i pianeti abitabili.
Usando il James Webb Space Telescope (JWST), gli astronomi hanno osservato e misurato il ghiaccio più freddo mai esistito nelle parti più profonde di una nube molecolare interstellare. Secondo una nuova ricerca pubblicata sulla rivista Nature Astronomy, le molecole congelate hanno una temperatura di meno 263 gradi Celsius.
Le nubi molecolari, costituite da molecole congelate, gas e particelle di polvere, sono il luogo in cui nascono stelle e pianeti, compresi i pianeti abitabili come il nostro. In questo ultimo studio, il team di scienziati ha utilizzato la fotocamera a infrarossi di JWST per studiare una nube molecolare chiamata Chameleon I, a circa 500 anni luce dalla Terra.
Nella nuvola scura e fredda, il team ha identificato molecole congelate come zolfo carbonilico, ammoniaca, metano, metanolo e altro ancora. Secondo i ricercatori, queste molecole un giorno faranno parte del nucleo caldo di una stella in crescita e forse parte di futuri esopianeti. Contengono anche gli elementi costitutivi dei mondi abitabili: carbonio, ossigeno, idrogeno, azoto e zolfo, un cocktail molecolare noto come COHNS.
"I risultati ci danno un'idea dello stadio chimico iniziale e oscuro della formazione del ghiaccio sui granelli di polvere interstellare che diventeranno i ciottoli delle dimensioni di un centimetro da cui si formano i pianeti", ha detto in una dichiarazione l'autrice principale dello studio Melissa McClure, un'astronoma. . all'osservatorio di Leiden, nei Paesi Bassi.
Un asilo polveroso
Stelle e pianeti si formano in nubi molecolari come Chameleon I. Nel corso di milioni di anni, gas, ghiaccio e polvere si formano in strutture più massicce. Alcune di queste strutture si riscaldano e si formano come nuclei di giovani stelle. Man mano che le stelle crescono, assorbono sempre più materiale e diventano più calde. Dopo che la stella si è formata, i resti di gas e polvere attorno ad essa formano un disco. Questa materia inizia a scontrarsi di nuovo, aggregandosi e alla fine formando corpi più grandi. Un giorno questi ammassi potrebbero diventare pianeti. Anche quelli abitabili come i nostri.
"Queste osservazioni aprono una nuova finestra sui percorsi per la formazione di molecole semplici e complesse che sono necessarie per creare i mattoni della vita", ha detto McClure in una nota.
Inventario delle molecole di ghiaccio trovate in profondità nella nube molecolare di Chameleon I
Un inventario di molecole di ghiaccio trovate in profondità nella nube molecolare di Chameleon I. I grafici mostrano i dati spettrali di tre degli strumenti sul telescopio spaziale James Webb. Oltre ai ghiacci semplici come l'acqua, il team scientifico è stato in grado di identificare forme congelate di un'ampia gamma di molecole, dall'anidride carbonica, ammoniaca e metano alla più semplice molecola organica complessa, il metanolo.
Oltre alle molecole identificate, il team ha trovato prove di molecole più complesse del metanolo (elencate nel pannello inferiore). Sebbene non abbiano individuato in modo definitivo questi segnali su molecole specifiche, dimostra per la prima volta che molecole complesse si formano nelle profondità ghiacciate delle nubi molecolari prima che nascano le stelle.
I tre pannelli superiori mostrano la luminosità della stella sullo sfondo in funzione della lunghezza d'onda. La luminosità inferiore indica l'assorbimento da parte del ghiaccio e di altri materiali nella nube molecolare. Il pannello inferiore mostra la profondità ottica, che è essenzialmente una misura logaritmica di quanta luce proveniente dalla stella sullo sfondo viene assorbita dai ghiacci della nuvola. Viene utilizzato per enfatizzare le caratteristiche spettrali più deboli delle varietà di ghiaccio meno comuni. [Crediti: NASA, ESA, CSA e J. Olmsted (STScI), K. Pontoppidan (STScI), N. Crouzet (Leiden University) e Z. Smith (Open University)]
JWST invierà le sue prime immagini nel luglio 2022 e gli scienziati stanno attualmente utilizzando gli strumenti del telescopio da 10 miliardi di dollari per dimostrare quali tipi di misurazioni sono possibili. Per identificare le molecole in Chameleon I, i ricercatori hanno usato la luce delle stelle oltre la nube molecolare. Quando la luce è diretta verso di noi, è caratteristicamente assorbita dalla polvere e dalle molecole nella nuvola. Questi modelli di assorbimento possono essere confrontati con modelli noti stabiliti in condizioni di laboratorio.
Il team ha anche trovato molecole più complesse che non è stato possibile identificare in modo specifico. Ma la scoperta dimostra che le molecole complesse si formano nelle nubi molecolari prima di essere assorbite dalle stelle in crescita.
"L'identificazione di molecole organiche complesse, come il metanolo e potenzialmente l'etanolo, suggerisce anche che molti sistemi stellari e planetari che si sviluppano in questa particolare nube erediteranno molecole in uno stato chimico abbastanza avanzato", ha osservato il coautore dello studio Will Rocha nella dichiarazione. astronomo dell'Osservatorio di Leida.
Mentre il team ha trovato COHNS nella zuppa molecolare fredda, non ha trovato una concentrazione di molecole così alta come ci si potrebbe aspettare in una nuvola densa come Chameleon I. Come un mondo abitabile come il nostro abbia ottenuto il COHNS ghiacciato è ancora una questione importante tra astronomi. Una teoria è che i COHNS siano stati consegnati sulla Terra da collisioni con comete ghiacciate e asteroidi.
"Questa è solo la prima di una serie di immagini spettrali che vedremo come le particelle di ghiaccio si evolvono dalla loro sintesi iniziale alle regioni di formazione delle comete dei dischi protoplanetari", ha detto McClure. "Questo ci dirà quale miscela di particelle ghiacciate - e quindi quali elementi - potrebbe eventualmente essere consegnata alla superficie degli esopianeti terrestri o incorporata nelle atmosfere di gas giganti o pianeti ghiacciati".
Riferimento: McClure, MK, Rocha, WRM, Pontoppidan, KM et al. Un inventario JWST dell'era glaciale di densi ghiacci nuvolosi molecolari. Nat Astron (2023). https://doi.org/10.1038/s41550-022-01875-w
Fonte: il James Webb Telescope ha rilevato il ghiaccio più freddo dell'universo conosciuto e contiene gli elementi costitutivi della vita, Live Science
Foto: in questa immagine dal telescopio spaziale James Webb, una nuvola bluastra di gas molecolare brilla alla luce di stelle lontane. Crediti: NASA, ESA, CSA e M. Zamani (ESA/Webb)
