Вебб відкрив молекули льоду у холодній міжзоряній хмарі

⚑ 24 Янв 2023г. Категория: Новини | ❤ 516 | Отзывы: 0

Міжнародна група астрономів оголосила про відкриття за допомогою космічного телескопа Джеймса Вебба різноманітних льодів у найтемніших і найхолодніших областях молекулярної хмари, які вимірювали на сьогоднішній день. Цей результат дозволяє астрономам досліджувати прості крижані молекули, які будуть включені в майбутні екзопланети, одночасно відкриваючи нове вікно на походження більш складних молекул, які є першим кроком у створенні будівельних блоків життя.

Якщо ви хочете побудувати придатну для життя планету, лід є життєво важливим інгредієнтом, оскільки він є основним носієм кількох ключових легких елементів, а саме вуглецю, водню, кисню, азоту та сірки (CHONS). Ці елементи є важливими інгредієнтами як планетарних атмосфер, так і таких молекул, як цукри, спирти та прості амінокислоти. У нашій Сонячній системі вважається, що вони були доставлені на поверхню Землі внаслідок зіткнення з крижаними кометами чи астероїдами.

Крім того, астрономи вважають, що такий лід, найімовірніше, вже був присутній у темній хмарі холодного пилу та газу, яка з часом розпалася, щоб утворити Сонячну систему. У цих областях космосу крижані частинки пилу створюють унікальне середовище для зустрічі атомів і молекул, що може викликати хімічні реакції, які утворюють дуже поширені речовини, такі як вода.

Зараз міжнародна група астрономів за допомогою космічного телескопа Джеймса Вебба оголосила про детальний перелік найглибших і найхолодніших льодів, виміряних на сьогоднішній день у молекулярній хмарі.

Погляд Вебба на молекулярну хмару Хамелеон I — Велика темна хмара міститься в кадрі. У верхній половині він текстурований, як дим, і має тонкі прогалини, а внизу та з боків він поступово зникає з поля зору. Зліва кілька помаранчевих зірок: по три з шістьма великими шипами та одна за хмарою, яка забарвлює її в блідо-блакитний і помаранчевий. Видно багато крихітних зірок, а фон чорний.
Авторство:
NASA, ESA, CSA та М. Замані (ESA/Webb); Наука: Ф. Сан (Обсерваторія Стюарда), З. Сміт (Відкритий університет) і команда ERS з Льодовикового періоду.

Молекулярна хмара та лід

Молекулярна хмара — це величезна міжзоряна хмара газу та пилу, в якій можуть утворюватися молекули, такі як водень і чадний газ. Холодні щільні згустки в молекулярних хмарах із вищою щільністю, ніж їх оточення, можуть бути місцями утворення зірок, якщо ці згустки руйнуються, утворюючи протозірки.

Читайте також: "Ти не ти, коли менти": п'яний коп влаштував дику стрілянину в Києві

Окрім простих льодів, таких як вода, команда змогла ідентифікувати заморожені форми широкого діапазону молекул, від карбонілсульфіду, аміаку та метану до найпростішої складної органічної молекули метанолу (у міжзоряному середовищі органічні молекули вважаються складними, якщо 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. Ці крижані зерна збільшуються в розмірах, коли вони потрапляють у протопланетні диски газу та пилу навколо цих молодих зірок, по суті дозволяючи астрономам вивчати всі потенційні крижані молекули, які будуть включені в майбутні екзопланети.

« Наші результати дають уявлення про початкову, темну хімічну стадію утворення льоду на міжзоряному пилу, який переростатиме в камінці сантиметрового розміру, з яких планети утворюються в дисках, – сказала Мелісса МакКлур, астроном Лейденської обсерваторії, головний дослідник програми спостереження та провідний автор 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 пребіотичних молекул, складніших за метанол, у цих щільних льодових хмарах, 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. – Це може означати, що присутність пребіотичних молекул у планетарних системах є загальним результатом утворення зірок, а не унікальною особливістю нашої Сонячної системи. »

Виявивши крижаний карбонілсульфід, 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, – пояснила МакКлур. – Це може дозволити більшу різноманітність масового складу планет земної групи».

Астрономи використовували світло фонової зірки під назвою NIR38, щоб освітлити темну хмару під назвою Хамелеон I. На верхніх панелях і нижній лівій панелі показано залежність яскравості фонової зірки від довжини хвилі. Менша яскравість вказує на поглинання льодом та іншими матеріалами в молекулярній хмарі. Нижня права панель відображає оптичну глибину, яка, по суті, є логарифмічною мірою того, скільки світла від фонової зірки поглинається льодом у хмарі. Він використовується для виділення слабших спектральних особливостей менш поширених різновидів льоду.
Авторство: NASA, ESA, CSA та Дж. Олмстед (STScI), М. К. Макклюр (Лейденська обсерваторія), К. Понтоппідан (STScI), Н. Крузе (Лейденський університет) і З. Сміт (Відкритий університет)

Спектральний аналіз льоду

Лід було виявлено та виміряно шляхом вивчення того, як зоряне світло з-за меж молекулярної хмари поглинається крижаними молекулами на певних інфрачервоних довжинах хвиль , видимих Веббу. Цей процес залишає хімічні відбитки, відомі як спектри поглинання , які можна порівняти з лабораторними даними, щоб визначити, який лід присутній у молекулярній хмарі. У цьому дослідженні команда націлилася на льоди, поховані в особливо холодній, щільній і важко досліджуваній області молекулярної хмари Хамелеона I, області приблизно в 500 світлових роках від Землі, яка зараз перебуває в процесі формування десятків молодих зірок.

Читайте також: Девушка бесстрашно бросилась в ледяную воду, что бы спасти тонущего мальчика

« Ми просто не могли б спостерігати ці льоди без Вебба, — уточнив Клаус Понтоппідан, науковий співробітник проекту Вебба з Наукового інституту космічного телескопа, який брав участь у цьому дослідженні. – Лід виглядає як спади на фоні безперервного зоряного світла. 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 і дозволяють астрономічному співтовариству дізнатися, як отримати найкраще від його приладів. Команда дослідників «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 — можуть врешті-решт бути доставлені на поверхню екзопланет земної групи або включені в атмосфери гігантських газових або крижаних планет. »

Дивіться огляди:

По теме: ( из рубрики Новини )