Webb revela el costat fosc de la química del gel pre-estel·lar

Si voleu construir un planeta habitable, els gels són un ingredient vital, ja que són els principals portadors de diversos elements lleugers clau, és a dir, carboni, hidrogen, oxigen, nitrogen i sofre (anomenats col·lectivament CHONS). Aquests elements són ingredients importants tant en atmosferes planetàries com en molècules com sucres, alcohols i aminoàcids simples. Al nostre Sistema Solar, es creu que van ser lliurats a la superfície de la Terra per impactes amb cometes gelats o asteroides. A més, els astrònoms creuen que probablement aquests gels ja estaven presents al núvol fosc de pols freda i gas que finalment es col·lapsaria per formar el Sistema Solar. En aquestes regions de l’espai, els grans de pols gelada proporcionen un entorn únic perquè els àtoms i les molècules es troben, cosa que pot desencadenar reaccions químiques que formen substàncies molt comunes com l’aigua. Estudis detallats de laboratori han demostrat a més que algunes molècules prebiòtiques simples es poden formar en aquestes condicions gelades.

Ara un inventari en profunditat dels gels més profunds i freds mesurats fins ara en un núvol molecular [1] ha estat anunciat per un equip internacional d’astrònoms que utilitzen el telescopi espacial James Webb de la NASA/ESA/CSA. A més de gels simples com l’aigua, l’equip va ser capaç d’identificar formes congelades d’una àmplia gamma de molècules, des de diòxid de carboni, amoníac i metà, fins a la molècula orgànica complexa més simple metanol. Aquest és el cens més complet fins ara dels ingredients gelats disponibles per a generacions futures d’estrelles i planetes, abans que s’escalfin durant la formació d’estrelles joves. Aquests grans gelats creixen de mida a mesura que s’enfonsen a l’interior discos protoplanetaris de gas i pols al voltant d’aquestes estrelles joves, permetent essencialment als astrònoms estudiar totes les molècules de gel potencials que s’incorporaran als futurs exoplanetes.

“Els nostres resultats proporcionen informació sobre l’etapa inicial i fosca de la química de la formació de gel als grans de pols interestel·lar que creixeran en els còdols de la mida d’un centímetre a partir dels quals es formen els planetes en discs”, va dir Melissa McClure, astrònom de l’Observatori de Leiden. l’investigador principal del programa d’observació i autor principal de l’article que descriu aquest resultat. “Aquestes observacions obren una nova finestra sobre les vies de formació de les molècules simples i complexes que es necessiten per fer els components bàsics de la vida”.

A més de les molècules identificades, l’equip va trobar proves de molècules prebiòtiques més complexes que el metanol en aquests densos gels de núvols i, tot i que no van atribuir definitivament aquests senyals a molècules específiques, això demostra per primera vegada que es formen molècules complexes en les profunditats gelades dels núvols moleculars abans que neixin les estrelles.

“La nostra identificació de molècules orgàniques complexes, com el metanol i potencialment etanol, també suggereix que els nombrosos sistemes d’estrelles i planetes que es desenvolupen en aquest núvol particular heretaran molècules en un estat químic força avançat”, va afegir Will Rocha, astrònom de l’Observatori de Leiden que va contribuir. a aquest descobriment. “Això podria significar que la presència de molècules prebiòtiques als sistemes planetaris és un resultat comú de la formació d’estrelles, més que una característica única del nostre propi Sistema Solar”.

En detectar el sulfur de carbonil de gel que conté sofre, els investigadors van poder estimar per primera vegada la quantitat de sofre incrustat en grans de pols pre-estel·lar. Tot i que la quantitat mesurada és més gran que l’observada anteriorment, encara és inferior a la quantitat total que s’espera que hi hagi en aquest núvol, segons la seva densitat. Això també és cert per als altres elements CHONS. Un repte clau per als astrònoms és entendre on s’amaguen aquests elements: en gels, materials semblants a sutge o roques. La quantitat de CHONS en cada tipus de material determina quant d’aquests elements acaben a les atmosferes d’exoplanetes i quant als seus interiors.

“El fet que no hàgim vist tots els CHONS que esperem pot indicar que estan tancats en materials més rocosos o sutge que no podem mesurar”, va explicar McClure. “Això podria permetre una major diversitat en la composició a granel dels planetes terrestres”.

Els gels es van detectar i mesurar estudiant com la llum de les estrelles de més enllà del núvol molecular va ser absorbida per molècules gelades en determinats longituds d’ona infraroja visible per a Webb. Aquest procés deixa enrere empremtes dactilars químiques conegudes com espectres d’absorció que es poden comparar amb dades de laboratori per identificar quins gels hi ha al núvol molecular. En aquest estudi, l’equip es va dirigir als gels enterrats en una regió especialment freda, densa i difícil d’investigar del núvol molecular Camaleó I, una regió a uns 500 anys llum de la Terra que actualment està en procés de formació de desenes d’estrelles joves.

“Simplement no podríem haver observat aquests gels sense Webb”, va explicar Klaus Pontoppidan, científic del projecte Webb a l’Institut de Ciència del Telescopi Espacial, que va participar en aquesta investigació. “Els gels apareixen com a caigudes contra un continu de llum estel·lar de fons. A les regions tan fredes i denses, gran part de la llum de l’estrella de fons està bloquejada i l’exquisida sensibilitat de Webb era necessària per detectar la llum de les estrelles i, per tant, identificar els gels del núvol molecular”.

Aquesta investigació forma part de la Projecte Ice Ageun dels 13 de Webb Ciència de llançament primerenc programes. Aquestes observacions estan dissenyades per mostrar les capacitats d’observació de Webb i permetre a la comunitat astronòmica aprendre a treure el millor dels seus instruments. L’equip de l’Edat de Gel ja ha planificat més observacions i espera traçar el viatge dels gels des de la seva formació fins a l’assemblatge dels cometes gelats.

“Aquesta és només la primera d’una sèrie d’instantànies espectrals que obtindrem per veure com evolucionen els gels des de la seva síntesi inicial fins a les regions de formació de cometes dels discos protoplanetaris”, va concloure McClure. “Això ens dirà quina barreja de gels, i per tant quins elements, es poden lliurar eventualment a les superfícies dels exoplanetes terrestres o incorporar-se a les atmosferes de planetes gegants de gas o gel”.

Notes
[1] Un núvol molecular és un vast núvol interestel·lar de gas i pols en el qual es poden formar molècules, com l’hidrogen i el monòxid de carboni. Els grups freds i densos en núvols moleculars amb densitats més altes que els que l’envolten poden ser els llocs de formació d’estrelles si aquests grups s’esfondren per formar protoestrelles.

Més informació
Webb és el telescopi més gran i potent mai llançat a l’espai. En virtut d’un acord de col·laboració internacional, l’ESA va proporcionar el servei de llançament del telescopi, utilitzant el vehicle de llançament Ariane 5. Treballant amb socis, l’ESA va ser responsable del desenvolupament i la qualificació de les adaptacions d’Ariane 5 per a la missió Webb i de l’adquisició del servei de llançament per part d’Arianespace. L’ESA també va proporcionar l’espectrògraf de cavall de batalla NIRSpec i el 50% de l’instrument d’infraroig mitjà MIRI, que va ser dissenyat i construït per un consorci d’instituts europeus finançats a nivell nacional (The MIRI European Consortium) en col·laboració amb JPL i la Universitat d’Arizona.

Webb és una associació internacional entre la NASA, l’ESA i l’Agència Espacial Canadenca (CSA).

Contacte:
Relacions amb els mitjans de l’ESA
media@esa.int