Januar 28, 2023

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Webb späht in den gefrorenen Kern der Molekülwolke und enthüllt die dunklere Seite der prästellaren Eischemie

Ein internationales Team von Astronomen hat die Entdeckung verschiedener Eise in den dunkelsten Regionen einer kalten Molekülwolke gemeldet, die bisher durch die Untersuchung dieser Region gemessen wurde. Die Entdeckung ermöglicht es Astronomen, einfache, eisige Partikel zu untersuchen, die in zukünftige Exoplaneten eingebaut werden, und öffnet gleichzeitig ein neues Fenster zum Ursprung komplexerer Partikel, die der erste Schritt zur Schaffung der Bausteine ​​des Lebens sind. Kredit: Bild: NASA, ESA, CSA, Wissenschaft: Fengwu Sun (Steward Observatory), Zak Smith (The Open University), IceAge ERS Team, Bildverarbeitung: M. Zamani (ESA/Webb)

Webb identifizierte immobilisierte Formen einer breiten Palette von Molekülen, darunter Kohlendioxid, Ammoniak und Methan.

Ein internationales Team von Astronomen kündigte die Verwendung an[{“ attribute=““>NASA’s James Webb Space Telescope. This result allows astronomers to examine the simple icy molecules that will be incorporated into future exoplanets, while opening a new window on the origin of more complex molecules that are the first step in the creation of the building blocks of life.

Chamaeleon I Molecular Cloud (Webb NIRCam Image)

This image by NASA’s James Webb Space Telescope’s Near-Infrared Camera (NIRCam) features the central region of the Chamaeleon I dark molecular cloud, which resides 630 light years away. The cold, wispy cloud material (blue, center) is illuminated in the infrared by the glow of the young, outflowing protostar Ced 110 IRS 4 (orange, upper left). The light from numerous background stars, seen as orange dots behind the cloud, can be used to detect ices in the cloud, which absorb the starlight passing through them. Credit: Image: NASA, ESA, CSA, Science: Fengwu Sun (Steward Observatory), Zak Smith (The Open University), IceAge ERS Team, Image Processing: M. Zamani (ESA/Webb)

James Webb Space Telescope Unveils Dark Side of Pre-stellar Ice Chemistry

If you want to build a habitable planet, ices are a vital ingredient because they are the main source of several key elements — namely carbon, hydrogen, oxygen, nitrogen, and sulfur (referred to here as CHONS). These elements are important ingredients in both planetary atmospheres and molecules like sugars, alcohols, and simple amino acids.

An international team of astronomers using NASA’s James Webb Space Telescope has obtained an in-depth inventory of the deepest, coldest ices measured to date in a molecular cloud.[1] Zusätzlich zu einfachem eisähnlichem Wasser war das Team in der Lage, gefrorene Formen einer breiten Palette von Molekülen zu identifizieren, von Carbonylsulfid, Ammoniak und Methan bis hin zum einfachsten komplexen organischen Molekül, Methanol. (Die Forscher betrachteten organische Moleküle als komplex, wenn sechs oder mehr Atome vorhanden sind.) Dies ist die bisher umfassendste Zählung der eisigen Bestandteile, die für die Bildung zukünftiger Generationen von Sternen und Planeten verfügbar sind, bevor sie während der Bildung junger Sterne erhitzt wurden.

sagte Melissa McClure, eine Astronomin am Leiden Observatory in den Niederlanden, die die Hauptforscherin für das Beobachtungsprogramm und Hauptautorin des Papiers ist, das die Entdeckung beschreibt. „Diese Beobachtungen öffnen ein neues Fenster zu den Bildungswegen der einfachen und komplexen Moleküle, die für die Herstellung der Bausteine ​​des Lebens benötigt werden.“

Chamaeleon I Molecular Cloud (Webb NIRCam-Bild) kommentiert

Kommentierte Version des obigen Bildes. Die beiden in dieser Studie verwendeten Hintergrundsterne NIR38 und J110621 sind auf dem Bild weiß dargestellt. Bildnachweis: NASA, ESA, CSA und M. Zamani (ESA/Webb); Wissenschaft: F. Sun (Stward Observatory), Z. Smith (Open University) und Ice Age ERS-Team

Zusätzlich zu den identifizierten Molekülen fand das Team Hinweise auf Moleküle, die komplexer als Methanol sind, und obwohl sie diese Signale nicht eindeutig bestimmten Molekülen zuordnen konnten, beweist dies zum ersten Mal, dass sich komplexe Moleküle in den eisigen Tiefen von Molekülwolken bilden bevor Sterne überhaupt geboren werden. .

fügte Will Rocha hinzu, ein Astronom am Leiden Observatory, der zu der Entdeckung beigetragen hat. „Dies könnte bedeuten, dass das Vorhandensein von Vorläufermolekülen für Präbiotika in Planetensystemen eher eine häufige Folge der Sternentstehung als ein einzigartiges Merkmal unseres Sonnensystems ist.“

Durch den Nachweis von schwefelhaltigen eisigen Carbonylsulfiden konnten Forscher erstmals die in eisigen prästellaren Staubkörnern vorhandene Schwefelmenge abschätzen. Obwohl die gemessene Menge größer ist als zuvor beobachtet, ist sie immer noch geringer als die Gesamtmenge, die aufgrund ihrer Dichte in dieser Wolke zu erwarten wäre. Dies gilt auch für andere CHONS. Die größte Herausforderung für Astronomen besteht darin, zu verstehen, wo sich diese Elemente verstecken: in Eis, rußartigem Material oder Gestein. Die Menge an CHONS in jeder Art von Material bestimmt, wie viel von diesen Gegenständen am Ende verarbeitet wird[{“ attribute=““>exoplanet atmospheres and how much in their interiors.

“The fact that we haven’t seen all of the CHONS that we expect may indicate that they are locked up in more rocky or sooty materials that we cannot measure,” explained McClure. “This could allow a greater diversity in the bulk composition of terrestrial planets.

Chamaeleon I Dark Cloud (Webb Spectra)

Astronomers have taken an inventory of the most deeply embedded ices in a cold molecular cloud to date. They used light from a background star, named NIR38, to illuminate the dark cloud called Chamaeleon I. Ices within the cloud absorbed certain wavelengths of infrared light, leaving spectral fingerprints called absorption lines. These lines indicate which substances are present within the molecular cloud.
These graphs show spectral data from three of the James Webb Space Telescope’s instruments. In addition to simple ices like water, the science team was able to identify frozen forms of a wide range of molecules, from carbon dioxide, ammonia, and methane, to the simplest complex organic molecule, methanol.
In addition to the identified molecules, the team found evidence for molecules more complex than methanol (indicated in the lower-right panel). Although they didn’t definitively attribute these signals to specific molecules, this proves for the first time that complex molecules form in the icy depths of molecular clouds before stars are born.
The upper panels and lower-left panel all show the background star’s brightness versus wavelength. A lower brightness indicates absorption by ices and other materials in the molecular cloud. The lower-right panel displays the optical depth, which is essentially a logarithmic measure of how much light from the background star gets absorbed by the ices in the cloud. It is used to highlight weaker spectral features of less abundant varieties of ice.
Credit: Illustration: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI), Science: Klaus Pontoppidan (STScI), Nicolas M. Crouzet (LEI), Zak Smith (The Open University), Melissa McClure (Leiden Observatory)

Chemical characterization of the ices was accomplished by studying how starlight from beyond the molecular cloud was absorbed by icy molecules within the cloud at specific infrared wavelengths visible to Webb. This process leaves behind chemical fingerprints known as absorption lines which can be compared with laboratory data to identify which ices are present in the molecular cloud. In this study, the team targeted ices buried in a particularly cold, dense, and difficult-to-investigate region of the Chamaeleon I molecular cloud, a region roughly 500 light-years from Earth that is currently in the process of forming dozens of young stars.

“We simply couldn’t have observed these ices without Webb,” elaborated Klaus Pontoppidan, Webb project scientist at the Space Telescope Science Institute in Baltimore, Maryland, who was involved in this research. “The ices show up as dips against a continuum of background starlight. In regions that are this cold and dense, much of the light from the background star is blocked, and Webb’s exquisite sensitivity was necessary to detect the starlight and therefore identify the ices in the molecular cloud.”

Diese Forschung ist Teil von Eiszeit-Projekt, eines der 13 Early-Release-Programme von Webb. Diese Beobachtungen sollen die Beobachtungsfähigkeiten von Webb demonstrieren und es der astronomischen Gemeinschaft ermöglichen, zu lernen, wie sie das Beste aus ihren Instrumenten herausholen können. Das Ice Age-Team hat bereits weitere Beobachtungen geplant und hofft, die Reise des Eises von seiner Entstehung bis zur Ansammlung eisiger Kometen nachvollziehen zu können.

„Dies ist nur das erste Mal in einer Reihe von spektralen Schnappschüssen, dass wir sehen können, wie sich Eis von seiner ursprünglichen Zusammensetzung zu kometenbildenden Regionen protoplanetarer Scheiben entwickelt“, schloss McClure. „Dies wird uns Aufschluss darüber geben, welche Eismischung – und damit welche Elemente – schließlich auf die Oberflächen terrestrischer Exoplaneten gelangen oder in die Atmosphären von Gasriesen oder Eisplaneten aufgenommen werden könnten.“

Diese Ergebnisse wurden in der Ausgabe vom 23. Januar veröffentlicht natürliche Astronomie.

Anmerkungen

  1. Eine Molekülwolke ist eine riesige interstellare Gas- und Staubwolke, in der sich Moleküle wie Wasserstoff und Kohlenmonoxid bilden können. Kühle, dichte Klumpen in Molekülwolken mit höherer Dichte als ihre Umgebung könnten die Orte der Sternentstehung sein, wenn sie zu Protosternen kollabieren.

Referenz: „Ice Age JWST Inventory of Dense Molecular Cloud Snow“ von M.K. McClure, D. . Qasim, MJ Rasheed, ZL Smith, Fengo Sun, Tracy L. Beck, ACA Bogert, W. Brown, B. Caselli, S. B. Charnley, Herma M. Cobbin, H. Dickinson, M. N. Drozdovskaya, Egami, J. Erkal, H. Fraser, RT Garrod, DeHarsono, S. Iopoulou, I Jimenez-Serra, MJin, JK Jorgensen, Lee Christensen, DC Lees, MRS McCostra, Brett A. McGuire, JG Melnick, Karen I. Oberg, May Palumbo, T. Shimonishi, J. A. Storm , EF Van Dishoek und H. Lennarts, 23. Januar 2023, hier verfügbar. natürliche Astronomie.
DOI: 10.1038/s41550-022-01875-w

Das James-Webb-Weltraumteleskop ist das weltweit führende Observatorium für Weltraumwissenschaften. Webb wird Rätsel in unserem Sonnensystem lösen, in ferne Welten um andere Sterne blicken und mysteriöse Strukturen und die Ursprünge des Universums und unseren Platz darin untersuchen. Webb ist ein internationales Programm, das von der NASA mit ihren Partnern ESA (European Space Agency) und der Canadian Space Agency geleitet wird.

Siehe auch  Die Milchstraße ist so groß wegen ihrer „kosmischen Wand“