Astronomowie przy pomocy Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba odkryli różnorodne cząsteczki, od stosunkowo prostych, takich jak metan, po złożone związki, takie jak kwas octowy czy etanol. Te składniki chemiczne odkryto wokół dwóch młodych protogwiazd, znanych jako IRAS 2A i IRAS 23385.
Międzynarodowy zespół astronomów wykorzystał zamontowane na pokładzie Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba (JWST) urządzenie o nazwie MIRI (Mid-Infrared Instrument), służące do obserwacji w zakresie średniej podczerwieni. To pozwoliło zidentyfikować rożne związki organiczne, jak etanol czy kwas octowy, osadzone w lodowych drobinach krążących wokół dwóch protogwiazd, które nie dorobiły się jeszcze swoich planet. Naukowcy podkreślają, że są to kluczowe składniki umożliwiające powstanie światów potencjalnie mogących utworzyć na powierzchni warunki nadające się do powstania i rozwoju życia.
Wyniki i opis obserwacji ukazał się w „Astronomy & Astrophysics” (DOI: 10.1051/0004-6361/202348427).
Obecność złożonych cząsteczek organicznych w postaci lodu wokół protogwiazd przewidziano kilkadziesiąt lat temu na podstawie eksperymentów laboratoryjnych. Ich ślad dostrzeżono przy pomocy innych teleskopów. Ale dzięki niespotykanej rozdzielczości widmowej i czułości instrumentu MIRI Webba, złożone cząsteczki organiczne zostały zidentyfikowane i potwierdzono ich obecność w ziarnach lodu obecnych w przestrzeni kosmicznej. Uczeni zidentyfikowali m.in. aldehyd octowy, etanol, mrówczan metylu i kwas octowy w stałym stanie skupienia materii.
- To odkrycie przyczynia się do rozwiązania jednego z odwiecznych pytań w astrochemii – powiedział Will Rocha z Uniwersytetu w Lejdzie w Holandii. - Jakie jest pochodzenie złożonych cząsteczek organicznych w kosmosie? Czy powstają w stanie gazowym, czy może stałym? Wykrycie złożonych cząsteczek organicznych zamkniętych w lodzie sugeruje, że reakcje chemiczne w stanie stałym zachodzące na powierzchni ziaren zimnego pyłu mogą prowadzić do powstania złożonych cząsteczek – dodał.
Złożone cząsteczki organiczne, w tym te znalezione w ramach omawianych badań, wykryto wcześniej w fazie gazowej. Dlatego też obecnie uważa się, że powstają one w wyniku sublimacji z lodu. Sublimacja polega na bezpośredniej zmianie stanu skupienia ze stałego w gazowy z pominięciem stanu ciekłego. Obecne odkrycie dają naukowcom nadzieję na lepsze zrozumienie pochodzenia innych, jeszcze większych cząsteczek w przestrzeni.
Ale w jaki sposób złożone cząsteczki organiczne stają się składnikiem planet na późniejszych etapach ewolucji protogwiazd? Badacze sądzą, że cząsteczki te zamknięte w lodzie łatwiej przedostają się z obłoków molekularnych do dysków planetarnych, niż gdyby były w stanie gazowym. Gdy już znajdą się w dyskach stają się składnikiem komet i asteroid, które mogą zderzać się z formującymi się planetami, dostarczając na nie cząsteczki organiczne, niezbędne do ewentualnego rozwoju życia, przynajmniej takiego, jakie znamy.
Poza wspomnianymi wcześniej cząsteczkami, zespół naukowy wykrył także prostsze cząsteczki, w tym kwas mrówkowy (ten sam, który powoduje uczucie pieczenia po ugryzieniu mrówki), metan, formaldehyd i dwutlenek siarki. Inne badania sugerują, że związki zawierające siarkę odegrały ważną rolę w napędzaniu reakcji metabolicznych na wczesnej Ziemi.
Protogwiazda IRAS 2A ma stosunkowo małą masę, podobną do masy Słońca, dlatego może przypominać wczesne etapy ewolucji naszego Układu Słonecznego. Substancje chemiczne zidentyfikowane wokół tej protogwiazdy mogły znajdować się także na pierwszych etapach rozwoju naszego systemu planetarnego, a później zostały dostarczone na młodą Ziemię.
- Wszystkie te cząsteczki mogą stać się częścią komet i asteroid, a ostatecznie nowych układów planetarnych, gdy materia lodowa zostanie przetransportowana do wewnątrz, na dysk planetarny w miarę ewolucji układu protogwiazdowego – powiedziała Ewine van Dishoeck z Uniwersytetu w Lejdzie. - Nie możemy się doczekać, aby w nadchodzących latach śledzić ten astrochemiczny kocioł krok po kroku, korzystając z większej liczby danych z Webba – dodała.
Źródło: NASA, ESA, fot. NASA, ESA, CSA, W. Rocha (Leiden University)
