Телескопът Джеймс Уеб откри най-студения лед в познатата вселена – и той съдържа градивните елементи на живота

С помощта на космическия телескоп "Джеймс Уеб" (JWST) астрономи са наблюдавали и измерили най-студения досега лед в най-дълбоките части на междузвезден молекулярен облак. Според новите изследвания, публикувани в списание Nature Astronomy, замразените молекули са с температура минус 263 градуса по Целзий.

Молекулярните облаци, съставени от замръзнали молекули, газове и прахови частици, са място за раждане на звезди и планети - включително обитаеми планети като нашата. В това последно изследване екипът учени използва инфрачервената камера на JWST, за да изследва молекулярен облак, наречен Хамелеон I (Chameleon I), на около 500 светлинни години от Земята.

В тъмния, студен облак екипът идентифицира замръзнали молекули като карбонилна сяра, амоняк, метан, метанол и др. Според изследователите тези молекули един ден ще бъдат част от горещото ядро на растяща звезда и вероятно част от бъдещи екзопланети. В тях се съдържат и градивните елементи на обитаеми светове: въглерод, кислород, водород, азот и сяра - молекулен коктейл, известен като COHNS.

"Резултатите ни дават представа за началния, тъмен химичен етап от образуването на лед върху зрънцата междузвезден прах, които ще се превърнат в сантиметрови камъчета, от които се формират планетите", коментира в изявление водещият автор на изследването Мелиса Макклур (Melissa McClure), астроном в обсерваторията в Лайден, Нидерландия.

Прашна детска стая

Звездите и планетите се формират в молекулярни облаци като Хамелеон I. В продължение на милиони години газовете, ледът и прахът се превръщат в по-масивни структури. Някои от тези структури се нагряват и се оформят като ядра на млади звезди. С нарастването на звездите те поглъщат все повече и повече материал и стават все по-горещи. След като звездата се формира, остатъците от газ и прах около нея образуват диск. Тази материя отново започва да се сблъсква, слепвайки се и в крайна сметка образувайки по-големи тела. Един ден тези струпвания могат да се превърнат в планети. Дори обитаеми като нашата.

"Тези наблюдения отварят нов прозорец към пътищата за формиране на прости и сложни молекули, които са необходими за създаването на градивните елементи на живота", посочва Макклуър в изявлението си.

Опис на ледените молекули, открити дълбоко в молекулярния облак Хамелеон I

_{Опис на ледените молекули, открити дълбоко в молекулярния облак Хамелеон I. Тези графики показват спектрални данни от три от инструментите на космическия телескоп Джеймс Уеб. В допълнение към простите ледове като водата научният екип успя да идентифицира замразени форми на широк спектър от молекули - от въглероден диоксид, амоняк и метан до най-простата сложна органична молекула - метанол.
В допълнение към идентифицираните молекули екипът откри доказателства за молекули, по-сложни от метанола (посочени в най-долния панел). Въпреки че не са определили окончателно тези сигнали за конкретни молекули, това за първи път доказва, че сложни молекули се образуват в ледените дълбини на молекулярните облаци преди раждането на звездите.
Горните три панела показват яркостта на фоновата звезда в зависимост от дължината на вълната. По-ниската яркост показва поглъщане от лед и други материали в молекулярния облак. Най-долният панел показва оптичната дълбочина, която по същество е логаритмична мярка за това колко светлина от фоновата звезда се поглъща от ледовете в облака. Тя се използва, за да се подчертаят по-слабите спектрални характеристики на по-слабо разпространените разновидности на леда. (Натиснете за по-голямо изображение) Кредит: NASA, ESA, CSA, и J. Olmsted (STScI), K. Pontoppidan (STScI), N. Crouzet (Leiden University), и Z. Smith (Open University)}

JWST изпраща първите си снимки през юли 2022 г. и в момента учените използват инструментите на телескопа на стойност 10 млрд. долара, за да демонстрират какви видове измервания са възможни. За да идентифицират молекулите в Хамелеон I, изследователите използват светлина от звезди, намиращи се отвъд молекулярния облак. Когато светлината се насочва към нас, тя се поглъща по характерен начин от праха и молекулите в облака. Тези модели на поглъщане могат да бъдат сравнени с известни модели, установени в лабораторни условия.

Екипът открива и по-сложни молекули, които не може да идентифицира конкретно. Но откритието доказва, че сложните молекули наистина се образуват в молекулярните облаци, преди да бъдат усвоени от растящите звезди.

"Идентифицирането на сложни органични молекули, като метанол и потенциално етанол, също така предполага, че много звездни и планетни системи, развиващи се в този конкретен облак, ще наследят молекули в доста напреднало химично състояние", отбелязва в изявлението съавторът на изследването Уил Роша (Will Rocha), астроном в обсерваторията в Лайден.

Макар че екипът открива COHNS в студената молекулярна супа, той не открива толкова висока концентрация на молекулите, колкото може да се очаква в плътен облак като Хамелеон I. Как обитаем свят като нашия се е сдобил с ледените COHNS все още е основен въпрос сред астрономите. Една от теориите е, че COHNS са били доставени на Земята чрез сблъсъци с ледени комети и астероиди.

"Това е само първата от поредица спектрални снимки, които ще получим, за да видим как ледените частици еволюират от първоначалния си синтез до кометообразуващите области на протопланетните дискове", заявява Макклур. "Това ще ни подскаже коя смес от ледени частици - и следователно кои елементи - в крайна сметка може да бъде доставена на повърхността на земни екзопланети или да бъде включена в атмосферите на гигантски газови или ледени планети."

Справка: McClure, M.K., Rocha, W.R.M., Pontoppidan, K.M. et al. An Ice Age JWST inventory of dense molecular cloud ices. Nat Astron (2023). https://doi.org/10.1038/s41550-022-01875-w

Източник: The James Webb Telescope detected the coldest ice in the known universe – and it contains the building blocks of life, Live Science