Телескоп Джеймс Уэбб раскрывает тайны темного облака Хамелеон I
Льды являются очень важным ингредиентом для планет, пригодных для жизни, потому что они могут быть основным источником нескольких ключевых элементов, а именно углерода, водорода, кислорода, азота и серы (обозначаемых вместе как CHONS). Эти элементы являются важными компонентами как планетарных атмосфер, так и молекул, таких как сахара, спирты и простые аминокислоты.
Международная группа астрономов, использующая космический телескоп Джеймс Уэбб, получила подробный список самых далеких и самых холодных льдов, измеренных на сегодняшний день в молекулярном облаке. В дополнение к простому водному льду, ученые смогли идентифицировать замороженные формы широкого спектра молекул, от карбонилсульфида, аммиака и метана до простейшей сложной органической молекулы, метанола. (Исследователи считали органические молекулы сложными, если они состоят из шести и более атомов.)
На сегодняшний день это самая полная перепись ледяных ингредиентов, доступных для возникновения будущих поколений звезд и планет, до того, как они нагреются во время образования молодых звезд.
«Наши результаты дают представление о начальной, неизвестной химической стадии образования льда на межзвездных пылинках, которые вырастут в сантиметровые камешки, из которых в дисках формируются планеты», — сказала Мелисса МакКлюр, астроном из Лейденской обсерватории, которая является главным исследователем программы наблюдений и ведущим автором статьи, описывающей этот результат.
«Наши наблюдения открывают новое окно в отношении путей образования простых и сложных молекул, необходимых для создания строительных блоков жизни».
В дополнение к идентифицированным молекулам ученые обнаружили доказательства наличия молекул более сложных, чем метанол, и, хотя они не приписали окончательно эти сигналы 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 довольно продвинутом химическом состоянии», — говорят ученые. «Это может означать, что присутствие предшественников пребиотических молекул в планетных системах является обычным результатом звездообразования, а не уникальной особенностью нашей Солнечной системы».
Обнаружив серосодержащий карбонилсульфид лед, исследователи впервые смогли оценить количество серы, заключенной в ледяных дозвездных пылинках. Хотя измеренное количество больше, чем наблюдалось ранее, оно все же меньше, чем общее количество, которое ожидается в этом облаке, исходя из его плотности.
Это верно и для других элементов CHONS. Ключевой задачей для астрономов является понимание того, где прячутся эти элементы: во льдах, сажеподобных материалах или камнях. Количество CHONS в каждом типе материала определяет, сколько из этих элементов попадает в атмосферу экзопланет, а сколько — в их недра.
На этих графиках показаны спектральные данные трех инструментов космического телескопа Джеймс Уэбб. В дополнение к простому льду, такому как водный, научная группа смогла идентифицировать замороженные формы широкого спектра молекул, от углекислого газа, аммиака и метана до простейшей сложной органической молекулы — метанола. © NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI), Science: Klaus Pontoppidan (STScI), Nicolas M. Crouzet (LEI), Zak Smith (The Open University), Melissa McClure (Leiden Observatory)
«Тот факт, что мы не видели всех CHONS, которые мы ожидаем, может указывать на то, что они заперты в более каменистых или сажеподобных материалах, которые мы не можем измерить», — пояснили ученые. «Это могло бы обеспечить большее разнообразие основного состава планет земной группы.
Химическая характеристика льдов была выполнена путем изучения того, как звездный свет из-за пределов молекулярного облака поглощается ледяными молекулами внутри облака на определенных длинах волн инфракрасного излучения, видимых Уэббу. 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 астрономы нацелились на льды, погребенные в особенно холодной, плотной и труднодоступной области молекулярного облака Хамелеон I, расположенной примерно в 630 световых годах от Земли, которая в настоящее время находится в процессе формирования десятков молодых звезд.
«Лед выглядит как провалы на фоне непрерывного звездного света. В таких холодных и плотных регионах блокируется большая часть света от звезды на заднем плане, а исключительная чувствительность Уэбба была необходима, чтобы обнаружить звездный свет и, следовательно, идентифицировать лед в молекулярном облаке» — говорят ученые.
Это исследование является частью проекта «Ледниковый период», одной из 13 научных программ Уэбба. Наблюдения предназначены для демонстрации наблюдательных возможностей Уэбба и позволяют астрономическому сообществу узнать, как получить максимальную отдачу от его инструментов. Команда «Ледникового периода» уже запланировала дальнейшие наблюдения и надеется проследить путь льдов от их образования до скопления ледяных комет.