Yeni Dünyaların Etanol ve Buzlu Unsurları

Uluslararası gökbilimcilerden oluşan bir ekip, NASA/ESA/CSA James Webb Uzay Teleskobu metan gibi nispeten basit olanlardan asetik gibi karmaşık bileşiklere kadar çeşitli moleküller keşfettiler asit ve henüz gezegenlerin oluşmadığı erken aşamadaki protostarlarda etanol. Bunlar potansiyel olarak yaşanabilir dünyalar yaratmanın temel bileşenleridir.

Karmaşık organik moleküllerin (COM’lar) varlığı^[1] Önyıldızların katı fazda olduğu ilk kez onlarca yıl önce laboratuvar deneyleriyle tahmin edilmişti ve bu moleküllerin geçici tespitleri diğer uzay teleskopları tarafından da yapılmıştı. Buna, bugüne kadar ölçülen bir moleküler bulutun en karanlık, en soğuk bölgelerinde çeşitli buzlar keşfeden Webb’in Erken Yayın Bilimi Buz Devri programı da dahildir.

Webb Teleskobu’nun Yeni Keşifleri

Artık, JOYS+ (James Webb Genç Ön Yıldızların Gözlemleri) programının bir parçası olarak, Webb’in Orta Kızılötesi Enstrümanının (MIRI) benzeri görülmemiş spektral çözünürlüğü ve hassasiyeti ile bu COM’lar ayrı ayrı tanımlandı ve yıldızlararası buzlarda mevcut oldukları doğrulandı. Bu, katı fazda asetaldehit, etanol (alkol dediğimiz), metil format ve muhtemelen asetik asidin (sirkedeki asit) güçlü tespitini içerir.

Bu görüntü, Webb’in Orta Kızılötesi Enstrümanı (MIRI) tarafından IRAS23385 olarak bilinen devasa ilk yıldıza paralel bir bölgeden çekildi. Katkıda bulunanlar: ESA/Webb, NASA, CSA, W. Rocha ve diğerleri. (Leiden Üniversitesi)

Hollanda’daki Leiden Üniversitesi’nden ekip lideri Will Rocha, “Bu bulgu astrokimyada uzun süredir devam eden sorulardan birine katkıda bulunuyor” dedi. “Uzaydaki COM’ların kökeni nedir? Gaz fazında mı yoksa buz halinde mi yapılıyorlar? Buzlarda COM’ların tespiti, soğuk toz taneciklerinin yüzeylerindeki katı fazdaki kimyasal reaksiyonların karmaşık türde moleküller oluşturabileceğini gösteriyor.”

Katı Fazlı COM’ların Önemi

Bu araştırmada katı fazda tespit edilenler de dahil olmak üzere çeşitli COM’lar daha önce sıcak gaz fazında tespit edildiğinden artık bunların buzların süblimleşmesinden kaynaklandığına inanılmaktadır. Süblimleşme, katı halden sıvı hale geçmeden doğrudan gaz haline geçmesidir. Bu nedenle, buzlardaki COM’ları tespit etmek gökbilimcileri uzaydaki diğer daha büyük moleküllerin kökenlerine ilişkin daha iyi bir anlayış geliştirme konusunda umutlu kılıyor.

Harold Linnartz^[2] Uzun yıllar Leiden’deki Astrofizik Laboratuvarı’na liderlik etti ve bu çalışmada kullanılan verilerin ölçümlerini koordine etti. JOYS+ programının koordinatörlerinden biri olan Leiden Üniversitesi’nden Ewine van Dishoeck şunu paylaştı: “Harold, buraya geleli uzun zaman olduğundan, COM ödevlerinde laboratuvar çalışmasının önemli bir rol oynayabilmesinden özellikle mutluydu.”

NASA/ESA/CSA James Webb Uzay Teleskobu’nu kullanan uluslararası bir bilim insanları ekibi, iki ilk yıldızı çevreleyen çok sayıda karmaşık, karbon içeren (organik) molekül tespit etti. Bu grafik iki ön yıldızdan biri olan IRAS 2A’nın spektrumunu göstermektedir. Katı fazda asetaldehit, etanol, metilformat ve muhtemelen asetik asitin parmak izlerini içerir. Webb tarafından burada tespit edilen bu ve diğer moleküller, potansiyel olarak yaşanabilir dünyalar yaratmanın temel bileşenlerini temsil ediyor. Katkıda bulunanlar: NASA, ESA, CSA, L. Hustak (STScI)

Bilim adamları aynı zamanda bu COM’ların önyıldızın evriminin çok daha sonraki aşamalarında gezegenlere ne ölçüde taşındığını keşfetmeye de hevesliler. Buzlardaki COM’lar bulutlardan gelen gazlara göre gezegen oluşturan disklere daha verimli bir şekilde taşınır. Dolayısıyla bu buzlu COM’lar, oluşum halindeki gezegenlerle çarpışabilecek kuyruklu yıldızlar ve asteroitler tarafından miras alınabilir. Bu senaryoda COM’lar bu gezegenlere gönderilebilir ve potansiyel olarak yaşamın gelişmesi için gereken malzemeleri sağlayabilir.

Daha Geniş Astrokimyasal Bağlam

Bilim ekibi ayrıca metan, formik asit (karınca sokmasını acı verici hale getiren), kükürt dioksit ve formaldehit gibi daha basit moleküller de tespit etti. Özellikle kükürt dioksit, ekibin önyıldızlarda bulunan kükürt bütçesini araştırmasına olanak tanıyor. Ek olarak, prebiyotik açısından da ilgi çekicidir çünkü mevcut araştırmalar kükürt içeren bileşiklerin ilkel Dünya’daki metabolik reaksiyonları yönlendirmede önemli bir rol oynadığını ileri sürmektedir. Negatif iyonlar da tespit edildi;^[3] yüksek sıcaklıklarda daha fazla kimyasal karmaşıklık geliştirmek için hayati önem taşıyan tuzların bir kısmını oluştururlar. Bu, buzların çok daha karmaşık olabileceğini ve daha fazla araştırma gerektirebileceğini gösteriyor.

Özellikle ilgi çekici olan, araştırılan kaynaklardan biri olan IRAS 2A’nın düşük kütleli bir önyıldız olarak nitelendirilmesidir. Bu nedenle IRAS 2A, kendi Güneş Sistemimizin ilkel aşamalarıyla benzerlikler gösterebilir. Eğer durum böyleyse, kimyasal türler Bu ön yıldızda tanımlanan yıldızlar, Güneş Sistemimizin gelişiminin ilk aşamalarında mevcut olmuş ve daha sonra ilkel Dünya’ya teslim edilmiş olabilir.

Van Dishoeck, “Bu moleküllerin tümü, protostellar sistem geliştikçe buzlu materyal gezegen oluşturan disklere doğru taşındığında kuyruklu yıldızların, asteroitlerin ve sonunda yeni gezegen sistemlerinin parçası haline gelebilir” dedi. “Gelecek yıllarda daha fazla Webb verisi ile bu astrokimyasal izi adım adım takip etmeyi sabırsızlıkla bekliyoruz.”

Diğer son iş Leiden Gözlemevi’nden Pooneh Nazari tarafından yazılan araştırma, Webb NIRSpec verilerinden elde edilen metil siyanür ve etil siyanürün geçici tespitlerinin ardından gökbilimcilerin buzlarda daha fazla karmaşıklık bulma umutlarını da artırıyor. Nazari şöyle diyor: “Webb’in buz kimyasını, prebiyotik kimyanın önemli bileşenleri olan siyanür seviyesine kadar daha derinlemesine araştırmamıza izin vermesi etkileyici.”

Notlar

1. Bir molekül, kimyasal bağlarla bir arada tutulan iki veya daha fazla atomdan oluşan bir parçacıktır. Karmaşık bir organik molekül, birden fazla karbon atomuna sahip bir moleküldür.
2. Bu sonuçlar, bu makalenin kabul edilmesinden kısa bir süre sonra Aralık 2023’te beklenmedik bir şekilde vefat eden ekip üyesi Profesör Harold Linnartz’a ithaf edilmiştir. Linnartz, uzaydaki gaz ve buzlu moleküllerin incelenmesine önemli katkılarda bulundu. Leiden Astrofizik Laboratuvarı’nın yöneticisiydi ve bu araştırmada kullanılan basit ve karmaşık moleküllerin buz fazı spektrumlarının çoğu, onun gözetimi altında öğrenciler tarafından toplandı. Linnartz, Webb verilerinin kalitesinden ve bu sonuçların astrokimya açısından öneminden heyecan duydu.
3. Bir iyon bir atom İyondaki pozitif protonların sayısına kıyasla negatif elektronların sayısında fazlalık veya eksiklikten kaynaklanan genel bir elektrik yüküne sahip molekül veya molekül. Negatif iyon, net negatif yüke (yani elektron fazlalığına) sahip bir iyondur.

Referans: “JWST Observations of Young protoStars (JOYS+): Buzlu karmaşık organik molekülleri ve iyonları tespit etmek – I. CH4, SO2, HCOO−, OCN−, H2CO, HCOOH, CH3CH2OH, CH3CHO, CH3OCHO ve CH3COOH”, WRM Rocha, EF van Dishoeck, ME Ressler, ML van Gelder, K. Slavicinska, NGC Brunken, H. Linnartz, TP Ray, H. Beuther, A. Caratti o Garatti, V. Geers, PJ Kavanagh, PD Klaassen, K. Justtanont, Y. Chen, L. Francis, C. Gieser, G. Perotti, Ł. Tychoniec, M. Barsony, L. Majumdar, VJM le Gouellec, LEU Chu, BWP Lew, Th. Henning ve G. Wright, 13 Mart 2024, Astronomi ve Astrofizik.
DOI: 10.1051/0004-6361/202348427

Daha fazla bilgi

Bu gözlemler, Hollanda’daki Leiden Üniversitesi’nden Ewine van Dishoeck ve NASA’nın Jet Propulsion Laboratuvarı’ndan Michael Ressler tarafından koordine edilen JOYS+ (James Webb Genç ProtoStarların Gözlemleri) programının bir parçası olarak alındı. Araştırma Will Rocha Leiden Üniversitesi tarafından yürütüldü. Siyanat çalışmaları, Toledo Üniversitesi’nden Tom Megeath tarafından koordine edilen IPA (Protostellar Yığılımının Araştırılması) programının bir parçası olarak yapıldı.

Webb şimdiye kadar uzaya fırlatılan en büyük ve en güçlü teleskoptur. Uluslararası bir işbirliği anlaşması kapsamında ESA, Ariane 5 fırlatma aracını kullanarak teleskopun fırlatma hizmetini sağladı. Ortaklarla birlikte çalışan ESA, Webb misyonu için Ariane 5 uyarlamalarının geliştirilmesinden ve kalifikasyonundan ve fırlatma hizmetinin Arianespace tarafından satın alınmasından sorumluydu. ESA ayrıca, ulusal olarak finanse edilen Avrupa Enstitülerinden oluşan bir konsorsiyum (MIRI Avrupa Konsorsiyumu) ​​ile ortaklaşa tasarlanan ve inşa edilen güçlü spektrograf NIRSpec’i ve orta kızılötesi cihaz MIRI’nin %50’sini de sağladı. JPL ve Arizona Üniversitesi.

Webb, NASA, ESA ve Kanada Uzay Ajansı (CSA) arasındaki uluslararası bir ortaklıktır.