Нещодавні спостереження за молекулами льоду космічним телескопом Джеймса Вебба допоможуть вченим зрозуміти, як утворюються планети, придатні для життя.
За допомогою космічного телескопа Джеймса Вебба (JWST) астрономи спостерігали та виміряли найхолодніший лід у найглибших частинах міжзоряної молекулярної хмари. Згідно з новими дослідженнями, опублікованими в журналі Nature Astronomy, заморожені молекули мають температуру мінус 263 градуси Цельсія.
Молекулярні хмари, що складаються із заморожених молекул, газів і частинок пилу, є місцем, де народжуються зірки та планети, у тому числі придатні для життя планети, такі як наша. У цьому останньому дослідженні команда вчених використовувала інфрачервону камеру JWST для вивчення молекулярної хмари під назвою Хамелеон I, яка знаходиться приблизно в 500 світлових роках від Землі.
У темній, холодній хмарі команда ідентифікувала заморожені молекули, такі як карбонільна сірка, аміак, метан, метанол тощо. За словами дослідників, ці молекули одного дня стануть частиною гарячого ядра зростаючої зірки і, можливо, частиною майбутніх екзопланет. Вони також містять будівельні блоки населених світів: вуглець, кисень, водень, азот і сірку – молекулярний коктейль, відомий як COHNS.
«Результати дають нам зрозуміти початкову, темну хімічну стадію утворення льоду на піщинках міжзоряного пилу, які стануть камінчиками сантиметрового розміру, з яких утворюються планети», — сказала в заяві провідний автор дослідження, астроном Мелісса МакКлюр. . в обсерваторії в Лейдені, Нідерланди.
Запорошена дитяча
Зірки та планети утворюються в молекулярних хмарах, як Хамелеон I. Протягом мільйонів років газ, лід і пил утворюють більш масивні структури. Деякі з цих структур нагріваються і утворюють ядра молодих зірок. Коли зірки ростуть, вони поглинають все більше матеріалу і стають гарячішими. Після формування зірки залишки газу та пилу навколо неї утворюють диск. Ця речовина знову починає стикатися, злипаючись разом і врешті-решт утворюючи більші тіла. Одного разу ці скупчення можуть стати планетами. Навіть таких придатних для проживання, як наш.
«Ці спостереження відкривають нове вікно в шляхи утворення простих і складних молекул, необхідних для створення будівельних блоків життя», — сказав МакКлур у заяві.
Перелік молекул льоду, знайдених глибоко в молекулярній хмарі Хамелеона I
Перелік молекул льоду, знайдених глибоко в молекулярній хмарі Хамелеона I. На графіках показано спектральні дані трьох інструментів космічного телескопа Джеймса Вебба. На додаток до простого льоду, такого як вода, вчені змогли ідентифікувати заморожені форми широкого діапазону молекул, від вуглекислого газу, аміаку та метану до найпростішої складної органічної молекули, метанолу.
На додаток до ідентифікованих молекул, команда знайшла докази наявності молекул, складніших за метанол (перераховані на нижній панелі). Хоча вони остаточно не встановили ці сигнали для конкретних молекул, це вперше доводить, що складні молекули утворюються в крижаних глибинах молекулярних хмар ще до народження зірок.
Три верхні панелі показують яскравість фонової зірки як функцію довжини хвилі. Менша яскравість вказує на поглинання льодом та іншими матеріалами в молекулярній хмарі. Нижня панель показує оптичну глибину, яка, по суті, є логарифмічною мірою того, скільки світла від фонової зірки поглинається хмарним льодом. Він використовується, щоб підкреслити слабші спектральні характеристики менш поширених різновидів льоду. [Авторство зображення: NASA, ESA, CSA та Дж. Олмстед (STScI), К. Понтоппідан (STScI), Н. Крузе (Лейденський університет) і З. Сміт (Відкритий університет)]
JWST надішле свої перші фотографії в липні 2022 року, і зараз вчені використовують інструменти телескопа вартістю 10 мільярдів доларів, щоб продемонструвати, які види вимірювань можливі. Щоб ідентифікувати молекули Хамелеона I, дослідники використовували світло зірок за межами молекулярної хмари. Коли світло спрямоване на нас, воно, як правило, поглинається пилом і молекулами в хмарі. Ці моделі поглинання можна порівняти з відомими закономірностями, встановленими в лабораторних умовах.
Команда також знайшла більш складні молекули, які вони не могли конкретно ідентифікувати. Але відкриття доводить, що складні молекули формуються в молекулярних хмарах, перш ніж їх поглинають зростаючі зірки.
«Ідентифікація складних органічних молекул, таких як метанол і потенційно етанол, також свідчить про те, що багато зоряних і планетних систем, що розвиваються в цій конкретній хмарі, успадковують молекули в досить просунутому хімічному стані», — зазначив у заяві співавтор дослідження Вілл Роша. астроном Лейденської обсерваторії.
Хоча команда виявила COHNS у холодному молекулярному супі, вона не виявила такої високої концентрації молекул, як можна було б очікувати в щільній хмарі, як-от Хамелеон I. Як такий населений світ, як наш, отримав крижаний COHNS, досі залишається головним питанням серед астрономи. Одна з теорій полягає в тому, що COHNS були доставлені на Землю в результаті зіткнення з крижаними кометами та астероїдами.
«Це лише перше із серії спектральних знімків, які ми отримаємо, щоб побачити, як частинки льоду еволюціонують від свого початкового синтезу до областей кометоутворення протопланетних дисків», — сказав МакКлюр. «Це скаже нам, яка суміш крижаних частинок — і, отже, які елементи — може врешті-решт бути доставлена на поверхню земних екзопланет або включена в атмосферу гігантських газових або крижаних планет».
Посилання: МакКлюр, М.К., Роча, В.Р.М., Понтоппідан, К.М. та ін. Інвентар JWST льодовикового періоду щільних молекулярних льодових хмар. Nat Astron (2023). https://doi.org/10.1038/s41550-022-01875-w
Джерело: Телескоп Джеймса Вебба виявив найхолодніший лід у відомому Всесвіті – і він містить будівельні блоки життя, Live Science
Фото: на цьому зображенні космічного телескопа Джеймса Вебба блакитнувата хмара молекулярного газу мерехтить у світлі далеких зірок Авторство: NASA, ESA, CSA та М. Замані (ESA/Webb)
