Webb, Moleküler Bulutun Donmuş Kalbine Bakıyor – Yıldız Öncesi Buz Kimyasının Karanlık Tarafını Ortaya Çıkarıyor

Webb, karbondioksit, amonyak ve metan dahil olmak üzere çok çeşitli moleküllerin donmuş formlarını tanımlamıştır.

Bugüne kadar ölçülen soğuk bir moleküler bulutun en karanlık bölgelerinde çeşitli buzların keşfi, uluslararası bir astronomlar ekibi tarafından açıklandı.[{” attribute=””>NASA’s James Webb Space Telescope. This result allows astronomers to examine the simple icy molecules that will be incorporated into future exoplanets, while opening a new window on the origin of more complex molecules that are the first step in the creation of the building blocks of life.

This image by NASA’s James Webb Space Telescope’s Near-Infrared Camera (NIRCam) features the central region of the Chamaeleon I dark molecular cloud, which resides 630 light years away. The cold, wispy cloud material (blue, center) is illuminated in the infrared by the glow of the young, outflowing protostar Ced 110 IRS 4 (orange, upper left). The light from numerous background stars, seen as orange dots behind the cloud, can be used to detect ices in the cloud, which absorb the starlight passing through them. Credit: Image: NASA, ESA, CSA, Science: Fengwu Sun (Steward Observatory), Zak Smith (The Open University), IceAge ERS Team, Image Processing: M. Zamani (ESA/Webb)

James Webb Space Telescope Unveils Dark Side of Pre-stellar Ice Chemistry

If you want to build a habitable planet, ices are a vital ingredient because they are the main source of several key elements — namely carbon, hydrogen, oxygen, nitrogen, and sulfur (referred to here as CHONS). These elements are important ingredients in both planetary atmospheres and molecules like sugars, alcohols, and simple amino acids.

An international team of astronomers using NASA’s James Webb Space Telescope has obtained an in-depth inventory of the deepest, coldest ices measured to date in a molecular cloud.^[1] Ekip, su gibi basit buzlara ek olarak, karbonil sülfit, amonyak ve metandan en basit karmaşık organik molekül olan metanole kadar çok çeşitli moleküllerin donmuş formlarını tanımlayabildi. (Araştırmacılar, organik moleküllerin altı veya daha fazla atoma sahip olduklarında karmaşık olduklarını düşündüler.) Bu, genç yıldızların oluşumu sırasında ısıtılmadan önce, gelecek nesil yıldızları ve gezegenleri yapmak için mevcut olan buzlu bileşenlerin bugüne kadarki en kapsamlı sayımıdır.

Leiden Gözlemevi’nden bir astronom olan Melissa McClure, “Sonuçlarımız, gezegenlerin diskler halinde oluştuğu santimetre büyüklüğündeki çakıl taşlarına dönüşecek olan yıldızlararası toz taneleri üzerindeki buz oluşumunun ilk, karanlık kimya aşaması hakkında fikir veriyor” dedi. Gözlem programının baş araştırmacısı ve bu sonucu açıklayan makalenin baş yazarı olan Hollanda. “Bu gözlemler, yaşamın yapı taşlarını yapmak için gerekli olan basit ve karmaşık moleküllerin oluşum yollarına yeni bir pencere açıyor.”

Yukarıdaki görüntünün açıklamalı bir versiyonu. Bu çalışmada kullanılan iki arka plan yıldızı, NIR38 ve J110621, görüntü üzerinde beyaz renkle belirtilmiştir. Kaynak: NASA, ESA, CSA ve M. Zamani (ESA/Webb); Bilim: F. Sun (Steward Gözlemevi), Z. Smith (Açık Üniversite) ve Buz Devri ERS Ekibi

Ekip, tanımlanan moleküllere ek olarak, metanolden daha karmaşık moleküller için kanıtlar buldu ve bu sinyalleri kesin olarak belirli moleküllere atfetmeseler de, bu ilk kez moleküler bulutların buzlu derinliklerinde karmaşık moleküllerin oluştuğunu kanıtlıyor. yıldızlar doğmadan önce.

Leiden Gözlemevi’nden bir astronom olan Will Rocha, “Metanol ve potansiyel olarak etanol gibi karmaşık organik molekülleri tanımlamamız, bu belirli bulutta gelişen birçok yıldız ve gezegen sisteminin molekülleri oldukça gelişmiş bir kimyasal durumda miras alacağını gösteriyor” dedi. bu keşfe “Bu, gezegen sistemlerindeki prebiyotik moleküllerin öncüllerinin varlığının, kendi güneş sistemimizin benzersiz bir özelliğinden ziyade, yıldız oluşumunun ortak bir sonucu olduğu anlamına gelebilir.”

Araştırmacılar, kükürt içeren buz karbonil sülfiti tespit ederek, ilk kez buzlu yıldız öncesi toz taneciklerine gömülü kükürt miktarını tahmin edebildiler. Ölçülen miktar daha önce gözlemlenenden daha büyük olsa da, yoğunluğuna bağlı olarak bu bulutta bulunması beklenen toplam miktardan hala daha azdır. Bu, diğer CHONS öğeleri için de geçerlidir. Gökbilimciler için önemli bir zorluk, bu elementlerin nerede saklandığını anlamaktır: buzlarda, is benzeri malzemelerde veya kayalarda. Her bir malzeme türündeki CHONS miktarı, bu elementlerin ne kadarının[{” attribute=””>exoplanet atmospheres and how much in their interiors.

“The fact that we haven’t seen all of the CHONS that we expect may indicate that they are locked up in more rocky or sooty materials that we cannot measure,” explained McClure. “This could allow a greater diversity in the bulk composition of terrestrial planets.

Astronomers have taken an inventory of the most deeply embedded ices in a cold molecular cloud to date. They used light from a background star, named NIR38, to illuminate the dark cloud called Chamaeleon I. Ices within the cloud absorbed certain wavelengths of infrared light, leaving spectral fingerprints called absorption lines. These lines indicate which substances are present within the molecular cloud.
These graphs show spectral data from three of the James Webb Space Telescope’s instruments. In addition to simple ices like water, the science team was able to identify frozen forms of a wide range of molecules, from carbon dioxide, ammonia, and methane, to the simplest complex organic molecule, methanol.
In addition to the identified molecules, the team found evidence for molecules more complex than methanol (indicated in the lower-right panel). Although they didn’t definitively attribute these signals to specific molecules, this proves for the first time that complex molecules form in the icy depths of molecular clouds before stars are born.
The upper panels and lower-left panel all show the background star’s brightness versus wavelength. A lower brightness indicates absorption by ices and other materials in the molecular cloud. The lower-right panel displays the optical depth, which is essentially a logarithmic measure of how much light from the background star gets absorbed by the ices in the cloud. It is used to highlight weaker spectral features of less abundant varieties of ice.
Credit: Illustration: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI), Science: Klaus Pontoppidan (STScI), Nicolas M. Crouzet (LEI), Zak Smith (The Open University), Melissa McClure (Leiden Observatory)

Chemical characterization of the ices was accomplished by studying how starlight from beyond the molecular cloud was absorbed by icy molecules within the cloud at specific infrared wavelengths visible to Webb. This process leaves behind chemical fingerprints known as absorption lines which can be compared with laboratory data to identify which ices are present in the molecular cloud. In this study, the team targeted ices buried in a particularly cold, dense, and difficult-to-investigate region of the Chamaeleon I molecular cloud, a region roughly 500 light-years from Earth that is currently in the process of forming dozens of young stars.

“We simply couldn’t have observed these ices without Webb,” elaborated Klaus Pontoppidan, Webb project scientist at the Space Telescope Science Institute in Baltimore, Maryland, who was involved in this research. “The ices show up as dips against a continuum of background starlight. In regions that are this cold and dense, much of the light from the background star is blocked, and Webb’s exquisite sensitivity was necessary to detect the starlight and therefore identify the ices in the molecular cloud.”

Bu araştırmanın bir parçasını oluşturan Buz Devri projesi, Webb’in 13 Early Release Science programından biri. Bu gözlemler, Webb’in gözlem yeteneklerini sergilemek ve astronomi camiasının cihazlarından en iyi şekilde nasıl yararlanacağını öğrenmesine olanak sağlamak için tasarlanmıştır. Buz Devri ekibi şimdiden daha fazla gözlem planladı ve buzların oluşumundan buzlu kuyruklu yıldızların bir araya gelmesine kadar olan yolculuğunun izini sürmeyi umuyor.

McClure, “Bu, buzların ilk sentezlerinden protogezegen disklerinin kuyruklu yıldız oluşturan bölgelerine nasıl evrildiğini görmek için elde edeceğimiz bir dizi spektral anlık görüntünün yalnızca ilki,” diye tamamladı McClure. “Bu bize hangi buz karışımının – ve dolayısıyla hangi elementlerin – sonunda karasal ötegezegenlerin yüzeylerine taşınabileceğini veya dev gaz veya buz gezegenlerinin atmosferlerine dahil edilebileceğini söyleyecektir.”

Bu sonuçlar 23 Ocak sayısında yayınlandı. Doğa Astronomisi.

notlar

1. Moleküler bulut, içinde hidrojen ve karbon monoksit gibi moleküllerin oluşabileceği geniş bir yıldızlararası gaz ve toz bulutudur. Çevrelerinden daha yüksek yoğunluklara sahip moleküler bulutlardaki soğuk, yoğun kümeler, eğer bu kümeler çökerek protostarları oluşturursa, yıldız oluşum bölgeleri olabilir.

Referans: MK McClure, WRM Rocha, KM Pontoppidan, N. Crouzet, LEU Chu, E. Dartois, T. Lamberts, JA Noble, YJ Pendleton, G. Perotti, D tarafından yazılan “Yoğun moleküler bulut buzlarının bir Buz Devri JWST envanteri” Qasim, MG Rachid, ZL Smith, Fengwu Sun, Tracy L. Beck, ACA Boogert, WA Brown, P. Caselli, SB Charnley, Herma M. Cuppen, H. Dickinson, MN Drozdovskaya, E. Egami, J. Erkal, H. Fraser, RT Garrod, D. Harsono, S. Ioppolo, I. Jiménez-Serra, M. Jin, JK Jørgensen, LE Kristensen, DC Lis, MRS McCoustra, Brett A. McGuire, GJ Melnick, Karin I. Öberg, ME Palumbo, T. Shimonishi, JA Sturm, EF van Dishoeck ve H. Linnartz, 23 Ocak 2023, Doğa Astronomisi.
DOI: 10.1038/s41550-022-01875-w

James Webb Uzay Teleskobu, dünyanın önde gelen uzay bilimi gözlemevidir. Webb, güneş sistemimizdeki gizemleri çözecek, diğer yıldızların etrafındaki uzak dünyaların ötesine bakacak ve evrenimizin gizemli yapılarını ve kökenlerini ve içindeki yerimizi araştıracak. Webb, ortakları ESA (Avrupa Uzay Ajansı) ve Kanada Uzay Ajansı ile NASA tarafından yönetilen uluslararası bir programdır.