Данные телескопа «Джеймса Уэбба» о плотной области Хамалеон I позволили провести перепись самого глубокого и холодного льда, измеренного на сегодняшний день в молекулярном облаке. Учёные смогли идентифицировать замороженные формы широкого спектра молекул, включая аммиак, метан и метанол — простейшую сложную органическую молекулу. Этот результат позволяет изучить состав будущих экзопланет и их строительные блоки для жизни.
Аппарат «Джеймс Уэбб» помог учёным составить список самых глубоких и холодных льдов, измеримых в молекулярном облаке. Данные получены с помощью приборов «Уэбба», изучающих молекулярное облако Хамелеон I. Это область особой холода и плотности, находящаяся в 630 световых годах от Земли. Там вот-вот сформируется несколько десятков молодых звезд.
В дополнение к обычным льдам команда обнаружила замороженные формы множества молекул: от карбонилсульфида, аммиака и метана до метанола — самой простой сложной органической молекулы. Эта перепись является самой полной на сегодняшний день и предоставляет информацию о компонентах, из которых могут образоваться будущие звезды и планеты.
Данное достижение дает возможность астрономам изучить простые молекулы льда, составляющие будущие экзопланеты, открывая новое окно в происхождение более сложных молекул.
Результаты предоставляют информацию о начальной темной химической фазе образования льда на зернах межзвездной пыли, которые превратятся в сантиметровые камешки, из которых образуются планеты в дисках. Наблюдения открывают новое окно в пути формирования простых и сложных молекул, необходимых для создания строительных блоков жизни.
От льда к строительным блокам жизни
Лед является ключевым компонентом, делающим планету пригодной для жизни. Он служит основным источником важных элементов, таких как углерод, водород, кислород, азот и сера, известные как CHONS. Эти элементы необходимы как для атмосфер планет, так и для молекул, например, сахаров, спиртов и простых аминокислот.
Кроме обнаруженных молекул, команда обнаружила признаки наличия более сложных, чем метанол, соединений в Хамалеоне I. Это первое свидетельство того, что сложные молекулы образуются в ледяных глубинах молекулярных облаков до зарождения звезд. Их присутствие указывает на то, что звездные и планетарные системы, развивающиеся в этом облаке, унаследуют молекулы в достаточно продвинутом химическом состоянии.
Выявление карбонилсульфида в ледяном материале с высоким содержанием серы позволило впервые оценить количество серы в дозвездных ледяных пылевых частицах. Полученное значение превышает ранее наблюдаемые данные, но все же меньше ожидаемого исходя из плотности этого облака.
Рассматриваемый принцип применим и к остальным элементам CHONS. Важно выяснить местонахождение этих элементов: находится ли в льду, сажеподобных материалах или горных породах. Количественные показатели CHONS в каждом типе материала обуславливают распределение этих элементов в атмосферах экзопланет и их внутренней структуре. Отсутствие ожидаемого количества CHONS может говорить о том, что его содержат более твердые или угольные материалы, недоступные для измерения. «, — пояснил МакКлюр. «Это может способствовать большей вариативности состава масс наземных планет. «.
Характеристика льда
Для характеристики химического состава льда ученые изучили поглощение света звезд, идущего из-за пределов молекулярного облака, молекулами льда внутри облака на определенных инфракрасных длинах волн, видимых Уэббом. Этот процесс оставляет химические следы в электромагнитном спектре, называемые линиями поглощения. Сравнение их с лабораторными данными позволяет определить, какие типы льда присутствуют в молекулярном облаке.
Учёные применили звезду NIR38 как источник света для подсветки объекта Хамелеон I. Анализируя линии поглощения спектральных данных, удалось выявить состав молекулярного облака.
Приведенные графики демонстрируют спектральные данные, полученные тремя инструментами «Джеймса Уэбба». На левой верхней и нижней панелях отображена светимость звезды против фона, зависящая от длины волны. Сниженная яркость свидетельствует о поглощении льдом и другими материалами в молекулярном облаке. На правой нижней панели показана оптическая глубина — логарифмическая мера поглощения света звезды на заднем плане льдом в облаке.
Проект «Ледниковый период» с Уэббом
Исследование входит в проект «Ледниковый период», одну из 13 научных программ Уэбба «Раннее освобождение». Наблюдения направлены на демонстрацию возможностей Уэбба и предоставление астрономическому сообществу информации о получении максимальной отдачи от его инструментов.
«Мы не смогли бы наблюдать эти льды без «Уэбба»— пояснил Клаус Понтоппидан, научный сотрудник проекта «Уэбб» в Научном институте космического телескопа в Балтиморе, участвовавший в этом исследовании. — В таких холодных и плотных областях большая часть света от звезды на заднем плане скрывается. Чувствительность Вебба была необходима для обнаружения света звезды и, таким образом, идентификации льда в молекулярном облаке.
Команда «Ледникового периода» запланировала дальнейшие наблюдения. Надеются проследить путь льда от образования до сборки ледяных комет, что даст новые подсказки о том, какие ледяные смеси могут быть перенесены на поверхности земных экзопланет или внедрены в атмосферы газовых гигантов.