Webb mengintip ke dalam inti beku awan molekuler–mengungkapkan sisi gelap kimia es prestellar

Webb mengidentifikasi bentuk tak bergerak dari berbagai molekul, termasuk karbon dioksida, amonia, dan metana.

Sebuah tim astronom internasional mengumumkan menggunakan[{” 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.

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] Selain es sederhana seperti air, tim mampu mengidentifikasi bentuk beku dari berbagai macam molekul, mulai dari karbonil sulfida, amonia dan metana, hingga molekul organik kompleks paling sederhana, metanol. (Para peneliti menganggap molekul organik menjadi kompleks ketika enam atau lebih atom hadir.) Ini adalah sensus paling komprehensif dari bahan es yang tersedia untuk membentuk generasi bintang dan planet masa depan, sebelum dipanaskan selama pembentukan bintang muda.

kata Melissa McClure, seorang astronom di Observatorium Leiden di Belanda, yang merupakan peneliti utama untuk program observasi dan penulis utama makalah yang menjelaskan temuan tersebut. “Pengamatan ini membuka jendela baru pada jalur pembentukan molekul sederhana dan kompleks yang diperlukan untuk membuat blok bangunan kehidupan.”

Versi beranotasi dari gambar di atas. Dua bintang latar belakang yang digunakan dalam penelitian ini, NIR38 dan J110621 ditunjukkan pada gambar berwarna putih. Kredit: NASA, ESA, CSA, dan M. Zamani (ESA/Webb); Sains: F. Sun (Observatorium Stward), Z. Smith (Universitas Terbuka), dan tim ERS Zaman Es

Selain molekul yang mereka identifikasi, tim menemukan bukti adanya molekul yang lebih kompleks daripada metanol, dan meskipun mereka belum secara definitif mengaitkan sinyal ini dengan molekul tertentu, ini membuktikan untuk pertama kalinya bahwa molekul kompleks terbentuk di kedalaman es awan molekuler. bahkan sebelum bintang lahir. .

tambah Will Rocha, seorang astronom di Observatorium Leiden yang berkontribusi pada penemuan tersebut. “Ini bisa berarti bahwa keberadaan molekul prekursor untuk prebiotik dalam sistem planet merupakan konsekuensi umum dari pembentukan bintang, bukan fitur unik tata surya kita.”

Dengan mendeteksi karbonil sulfida es yang mengandung belerang, para peneliti dapat memperkirakan jumlah belerang yang ada dalam butiran debu prestellar es untuk pertama kalinya. Sementara jumlah yang diukur lebih besar dari yang diamati sebelumnya, masih kurang dari jumlah total yang diperkirakan ada di awan ini, berdasarkan kerapatannya. Ini juga berlaku untuk CHON lainnya. Tantangan utama bagi para astronom adalah memahami di mana unsur-unsur ini bersembunyi: di dalam es, material seperti jelaga, atau bebatuan. Jumlah CHONS di setiap jenis bahan menentukan berapa banyak dari barang-barang ini yang akhirnya diproses[{” 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.

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.”

Penelitian ini merupakan bagian dari Proyek Zaman Es, salah satu dari 13 program Rilis Awal Webb. Pengamatan ini dirancang untuk menunjukkan kemampuan pengamatan Webb dan untuk memungkinkan komunitas astronomi mempelajari cara mendapatkan yang terbaik dari instrumennya. Tim Zaman Es telah merencanakan lebih banyak pengamatan, dan berharap dapat melacak perjalanan es dari pembentukannya hingga berkumpulnya komet es.

“Ini hanya pertama kalinya dalam serangkaian snapshot spektral kita akan melihat bagaimana es berevolusi dari komposisi awalnya menjadi daerah pembentuk komet di piringan protoplanet,” McClure menyimpulkan. “Ini akan memberi tahu kita campuran es mana – dan oleh karena itu elemen mana – yang pada akhirnya dapat dikirim ke permukaan planet ekstrasurya atau dimasukkan ke dalam atmosfer raksasa gas atau planet es.”

Hasil ini diterbitkan dalam edisi 23 Januari astronomi alam.

Catatan

1. Awan molekuler adalah awan gas dan debu antarbintang yang sangat besar di mana molekul, seperti hidrogen dan karbon monoksida, dapat terbentuk. Gumpalan dingin dan padat di awan molekuler dengan kerapatan lebih tinggi dari sekelilingnya bisa menjadi tempat pembentukan bintang jika runtuh menjadi protobintang.

Referensi: “Ice Age JWST Inventory of Dense Molecular Cloud Snow” Oleh MK McClure, WRM Rocha, KM Pontoppidan, N Crouzet, LEU Chu, E Dartois, T Lamberts, JA Noble, YJ Pendleton, G Perotti, D, Qasim, MG Rashid , ZL Smith, Fengwu Sun, Tracy L Beck, ACA Boogert, WA Brown, P Caselli, SB Charnley, Herma M Cuppen, H Dickinson, MN Drozdovskaya, E Egami, J Erkal, . H Fraser, RT Garrod, D Harsono, S Ioppolo, I Jimenez-Serra, M Jin, JK Jorgensen, LE Kristensen, DC Lis, MRS McCoustra, Brett A McGuire, GJ Melnick, Karin I Öberg, ME Palumbo, T. Shimonishi, JA Sturm, EF van Dishoeck, dan H. Lennarts, 23 Januari 2023, Tersedia di sini. astronomi alam.
DOI: 10.1038/s41550-022-01875-w

Teleskop Antariksa James Webb adalah observatorium sains antariksa terkemuka di dunia. Webb akan memecahkan misteri di tata surya kita, melihat jauh ke dunia yang jauh di sekitar bintang lain, dan menjelajahi struktur misterius dan asal mula alam semesta kita dan tempat kita di dalamnya. Webb adalah program internasional yang dipimpin oleh NASA dengan mitranya ESA (European Space Agency) dan Badan Antariksa Kanada.