Телескоп Джеймса Уэбба будет искать межзвездную воду

Вода важна для жизни, но как вы сможете сделать воду? Приготовление H2O это несколько больше, чем просто смешивание водорода и кислорода. Это требует особых условий, обнаруженных глубоко в холодных молекулярных облаках, где пыль защищает от разрушительного ультрафиолетового света и помогает химическим реакциям. Космический телескоп им. Джеймса Уэбба заглянет в эти космические резервуары, чтобы получить новое представление о происхождении и эволюции воды и других ключевых строительных блоков для обитаемых планет.

Молекулярное облако представляет собой межзвездное облако пыли, газа и различных молекул в диапазоне от молекулярного водорода (H2) до сложных углеродсодержащих органических веществ. Молекулярные облака удерживают большую часть воды во Вселенной и служат питомниками для новорожденных звезд и их планет.

Внутри этих облаков на поверхностях крошечных пылевых зерен атомы водорода соединяются с кислородом с образованием воды. Углерод соединяется с водородом для получения метана. Азотные связи с водородом создают аммиак. Все эти молекулы прилипают к поверхности пыли, накапливая ледяные слои в течение миллионов лет. Результатом является обширная коллекция «снежинок», которые доставляют материалы, необходимые для жизни на молодые планеты.

«Если мы сможем понять химическую сложность этих льдов в молекулярном облаке и как они развиваются при образовании звезды и ее планет, тогда мы можем оценить, должны ли существовать строительные блоки в каждой звездной системе», — сказала Мелисса Макклур из Амстердамского университета, руководитель проекта по исследованию космических льдов.

Чтобы понять эти процессы, один из проектов  — «Discreionary Early Release Science» будет исследовать соседнюю с нами звездообразующую область, чтобы определить, какие льды присутствуют там. «Мы планируем использовать различные инструменты и возможности Уэбба, но не только для изучения этого региона звездообразования, а мы хотим также узнать, как лучше всего изучать космические льды с помощью телескопа Уэбба», — сказал Клаус Понтоппидан, участник проекта. В этом проекте будут использованы спектрографы с высоким разрешением для получения наиболее чувствительных и точных наблюдений на длинах волн, которые измеряют льды. Спектрографы телескопа, NIRSpec и MIRI обеспечат в пять раз лучшую точность, чем любой предыдущий космический телескоп на ближнем и среднем инфракрасном диапазоне длин волн.

Команда ученых планирует нацелить телескоп на Комплекс Хамелеона* (Chamaleon Complex), звездообразующую область, видимую на южном небе. Он расположен на расстоянии около 500 световых лет от Земли и содержит несколько сотен протозвезд, старейшим из которых около 1 миллиона лет. «В этом регионе есть все, что мы ищем, — сказал Клаус Понтоппидан.

Ученые будет использовать чувствительные инфракрасные инструменты Уэбба, чтобы наблюдать звезды за молекулярным облаком. Когда свет от этих слабых, фоновых звезд проходит через облако, льды в облаке поглощают часть света. Наблюдая за множеством фоновых звезд, астрономы могут отображать льды внутри всего пространства облака и определять местонахождение разных форм льда. Они также будут наблюдать за отдельными протозвездами внутри самого облака, чтобы узнать, как ультрафиолетовый свет от этих зарождающихся звезд способствует созданию более сложных молекул.

Астрономы также исследуют места рождения планет, вращающиеся диски газа и пыли, известные как протопланетные диски, окружающие новообразованные звезды. Они смогут измерять относительное количество льдов на расстоянии около 5 миллиардов километров от звезды, что примерно равно орбитальному расстоянию Плутона в нашей солнечной системе.

«Кометы были описаны как скопления пыли и льда. По крайней мере часть воды в океанах Земли, скорее всего, была вызвана последствием падения комет в начале истории нашей солнечной системы. Мы будем смотреть на те места, где кометы формируются вокруг других звезд», объяснил Клаус Понтоппидан.

*Комплекс Хамелеона — это крупная зона формирования звезд (SFR), которая включает темные облака Хамелеона I, Хамелеона II и Хамелеона III. Он занимает почти все созвездие Хамелеона и перекрывает созвездие Райская Птица (Apus), Муха (Musca), Киль (Carina) и Октант (Octans). Средняя плотность источников рентгеновских лучей составляет примерно один источник на квадратный градус.