Met behulp van de James Webb Space Telescope (JWST) hebben astronomen het koudste ijs ooit waargenomen en gemeten in de diepste delen van een interstellaire moleculaire wolk. Volgens nieuw onderzoek gepubliceerd in het tijdschrift Nature Astronomy hebben de bevroren moleculen een temperatuur van min 263 graden Celsius.
Moleculaire wolken, bestaande uit bevroren moleculen, gassen en stofdeeltjes, zijn de plaatsen waar sterren en planeten worden geboren – inclusief bewoonbare planeten zoals de onze. In deze laatste studie gebruikte het team van wetenschappers de infraroodcamera van JWST om een moleculaire wolk genaamd Chameleon I te bestuderen, ongeveer 500 lichtjaar van de aarde.
In de donkere, koude wolk identificeerde het team bevroren moleculen zoals carbonylzwavel, ammoniak, methaan, methanol en meer. Volgens de onderzoekers zullen deze moleculen ooit deel uitmaken van de hete kern van een groeiende ster en mogelijk deel uitmaken van toekomstige exoplaneten. Ze bevatten ook de bouwstenen van bewoonbare werelden: koolstof, zuurstof, waterstof, stikstof en zwavel – een moleculaire cocktail die bekend staat als COHNS.
« De resultaten geven ons inzicht in het aanvankelijke, donkere chemische stadium van ijsvorming op de korrels van interstellair stof die de centimetergrote kiezelstenen zullen worden waaruit planeten worden gevormd », zei hoofdonderzoeksauteur Melissa McClure, een astronoom, in een verklaring . op de sterrenwacht in Leiden, Nederland.
Een stoffige kinderkamer
Sterren en planeten vormen zich in moleculaire wolken zoals Chameleon I. Gedurende miljoenen jaren vormen gas, ijs en stof massievere structuren. Sommige van deze structuren warmen op en vormen de kernen van jonge sterren. Naarmate sterren groeien, absorberen ze steeds meer materiaal en worden ze heter. Nadat de ster is gevormd, vormen de overblijfselen van gas en stof eromheen een schijf. Deze materie begint opnieuw te botsen, samen te klonteren en uiteindelijk grotere lichamen te vormen. Op een dag kunnen deze clusters planeten worden. Zelfs bewoonbare zoals de onze.
« Deze waarnemingen openen een nieuw venster naar de wegen voor de vorming van eenvoudige en complexe moleculen die nodig zijn om de bouwstenen van het leven te creëren », zei McClure in een verklaring.
Inventarisatie van ijsmoleculen die diep in de Chameleon I moleculaire wolk zijn gevonden
Een inventarisatie van ijsmoleculen die diep in de Chameleon I moleculaire wolk zijn gevonden. Grafieken tonen spectrale gegevens van drie van de instrumenten op de James Webb Space Telescope. Naast eenvoudig ijs zoals water, was het wetenschappelijke team in staat om bevroren vormen van een breed scala aan moleculen te identificeren, van koolstofdioxide, ammoniak en methaan tot het eenvoudigste complexe organische molecuul, methanol.
Naast de geïdentificeerde moleculen vond het team bewijs voor moleculen die complexer zijn dan methanol (vermeld in het onderste paneel). Hoewel ze deze signalen niet definitief hebben gelokaliseerd voor specifieke moleculen, bewijst het voor het eerst dat complexe moleculen zich vormen in de ijzige diepten van moleculaire wolken voordat sterren worden geboren.
De bovenste drie panelen tonen de helderheid van de achtergrondster als functie van de golflengte. De lagere helderheid duidt op absorptie door ijs en andere materialen in de moleculaire wolk. Het onderste paneel toont de optische diepte, wat in wezen een logaritmische maat is voor hoeveel licht van de achtergrondster wordt geabsorbeerd door het wolkenijs. Het wordt gebruikt om de zwakkere spectrale kenmerken van de minder gebruikelijke soorten ijs te benadrukken. [Credit: NASA, ESA, CSA, and J. Olmsted (STScI), K. Pontoppidan (STScI), N. Crouzet (Leiden University), and Z. Smith (Open University)]
JWST zal zijn eerste foto’s in juli 2022 verzenden en wetenschappers gebruiken momenteel de instrumenten van de telescoop van $ 10 miljard om te demonstreren welke soorten metingen mogelijk zijn. Om de moleculen in Chameleon I te identificeren, gebruikten de onderzoekers licht van sterren buiten de moleculaire wolk. Wanneer licht op ons wordt gericht, wordt het typisch geabsorbeerd door het stof en de moleculen in de wolk. Deze absorptiepatronen kunnen worden vergeleken met bekende patronen die onder laboratoriumomstandigheden zijn vastgesteld.
Het team vond ook complexere moleculen die ze niet specifiek konden identificeren. Maar de ontdekking bewijst dat zich complexe moleculen vormen in moleculaire wolken voordat ze worden geabsorbeerd door groeiende sterren.
« De identificatie van complexe organische moleculen, zoals methanol en mogelijk ethanol, suggereert ook dat veel ster- en planetaire systemen die zich in deze specifieke wolk ontwikkelen, moleculen zullen erven in een vrij geavanceerde chemische staat », merkte co-auteur Will Rocha op in de verklaring. astronoom bij de Sterrewacht Leiden.
Hoewel het team COHNS vond in de koude moleculaire soep, vond het niet zo’n hoge concentratie van de moleculen als verwacht zou kunnen worden in een dichte wolk zoals Chameleon I. Hoe een bewoonbare wereld als de onze aan de ijzige COHNS kwam, is nog steeds een grote vraag onder astronomen. Een theorie is dat COHNS naar de aarde zijn gebracht door botsingen met ijzige kometen en asteroïden.
« Dit is slechts de eerste van een reeks spectrale foto’s die we zullen zien hoe ijsdeeltjes evolueren van hun aanvankelijke synthese naar de komeetvormende gebieden van protoplanetaire schijven, » zei McClure. « Dit zal ons vertellen welk mengsel van ijsdeeltjes – en dus welke elementen – uiteindelijk kunnen worden afgeleverd op het oppervlak van terrestrische exoplaneten of worden opgenomen in de atmosfeer van gigantische gas- of ijsplaneten. »
Referentie: McClure, MK, Rocha, WRM, Pontoppidan, KM et al. Een Ice Age JWST-inventarisatie van dicht moleculair wolkenijs. Nat Astron (2023). https://doi.org/10.1038/s41550-022-01875-w
Bron: De James Webb-telescoop heeft het koudste ijs in het bekende universum gedetecteerd – en het bevat de bouwstenen van het leven, WordsSideKick.com
Foto: In dit beeld van de James Webb Space Telescope glinstert een blauwachtige wolk van moleculair gas in het licht van verre sterren Credit: NASA, ESA, CSA en M. Zamani (ESA/Webb)
