El descubrimiento de diversos hielos en las regiones más oscuras y frías de una nube molecular medida hasta la fecha ha sido anunciado por un equipo internacional de astrónomos utilizando el NASA/ESA/CSA Telescopio espacial James Webb.
Este resultado permite a los astrónomos examinar las moléculas heladas simples que se incorporarán a los futuros exoplanetas al tiempo que abre una nueva ventana sobre el origen de moléculas más complejas que son el primer paso para crear los componentes básicos de la vida.
Una gran nube oscura está contenida dentro del marco. En su mitad superior tiene textura de humo y tiene espacios tenues, mientras que en la parte inferior y en los lados se desvanece gradualmente fuera de la vista. A la izquierda hay varias estrellas naranjas: tres con seis puntas grandes cada una, y una detrás de la nube que la colorea de azul pálido y naranja. Se ven muchas estrellas diminutas y el fondo es negro. Dos estrellas se indican con texto blanco. Crédito de la imagen: NASA, ESA, CSA y M. Zamani (ESA/Webb); Ciencias: MK McClure (Observatorio de Leiden), F. Sun (Observatorio Steward), Z. Smith (Universidad Abierta) y el Equipo ERS de la Era del Hielo.
Suponga que desea construir un planeta habitable. En ese caso, los hielos son un ingrediente vital, ya que son los principales portadores de varios elementos ligeros clave, a saber, carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y azufre (denominados colectivamente CHONS).
Estos elementos son ingredientes importantes tanto en las atmósferas planetarias como en moléculas como azúcares, alcoholes y aminoácidos simples. En nuestro Sistema solarfueron lanzados a la superficie de la Tierra por impactos con cometas o asteroides helados.
Además, los astrónomos creen que tales hielos probablemente ya estaban presentes en la nube oscura de polvo frío y gas que eventualmente colapsaría para formar el Sistema Solar.
En estas regiones del espacio, los granos de polvo helado proporcionan un entorno único para que los átomos y las moléculas se encuentren, lo que puede desencadenar reacciones químicas que forman sustancias muy comunes como el agua. Estudios de laboratorio detallados han demostrado además que algunas moléculas prebióticas simples pueden formarse bajo estas condiciones heladas.
Ahora un inventario detallado de los hielos más profundos y fríos medidos hasta la fecha en una nube molecular [1] ha sido anunciado por un equipo internacional de astrónomos utilizando el Telescopio Espacial James Webb de la NASA/ESA/CSA.
Además de hielos simples como el agua, el equipo pudo identificar formas congeladas de una amplia gama de moléculas, desde dióxido de carbono, amoníaco y metano, hasta la molécula orgánica compleja más simple, el metanol.
Este es el censo más completo hasta la fecha de los ingredientes helados disponibles para hacer futuras generaciones de estrellas y planetas, antes de que se calienten durante la formación de estrellas jóvenes. Estos granos helados aumentan de tamaño a medida que se canalizan hacia el discos protoplanetarios de gas y polvo alrededor de estas estrellas jóvenes, lo que esencialmente permite a los astrónomos estudiar todas las moléculas heladas potenciales que se incorporarán en futuros exoplanetas.
«Nuestros resultados brindan información sobre la etapa química oscura inicial de la formación de hielo en los granos de polvo interestelar que se convertirán en guijarros de un centímetro a partir de los cuales se forman los discos de los planetas», dijo Melissa McClure, astrónoma del Observatorio de Leiden que es el investigador principal del programa de observación y autor principal del artículo que describe este resultado.
“Estas observaciones abren una nueva ventana sobre las vías de formación de las moléculas simples y complejas que se necesitan para fabricar los componentes básicos de la vida”.
Además de las moléculas identificadas, el equipo encontró evidencia de moléculas prebióticas más complejas que el metanol en estos densos hielos de nubes y, aunque definitivamente no atribuyeron estas señales a moléculas específicas, esto prueba por primera vez que se forman moléculas complejas en las profundidades heladas de las nubes moleculares antes de que nazcan las estrellas.
«Nuestra identificación de moléculas orgánicas complejas, como el metanol y potencialmente el etanol, también sugiere que muchos sistemas de estrellas y planetas que se desarrollan en esta nube en particular heredarán moléculas en un estado químico bastante avanzado», agregó Will Rocha, astrónomo del Observatorio de Leiden que contribuyó. a este descubrimiento.
«Esto podría significar que la presencia de moléculas prebióticas en los sistemas planetarios es un resultado común de la formación de estrellas, en lugar de una característica única de nuestro propio Sistema Solar».
Camaleón I Gráfico espectral. Crédito de la imagen: NASA, ESA, CSA y J. Olmsted (STScI), K. Pontoppidan (STScI), N. Crouzet (Universidad de Leiden) y Z. Smith (Universidad Abierta)
Al detectar el sulfuro de carbonilo del hielo que contiene azufre, los investigadores pudieron estimar la cantidad de azufre incrustado en los granos de polvo preestelares helados por primera vez. Si bien la cantidad medida es mayor que la observada anteriormente, aún es menor que la cantidad total que se espera que esté presente en esta nube, según su densidad.
Esto también es cierto para los otros elementos de CHONS. Un desafío clave para los astrónomos es comprender dónde se esconden estos elementos: en hielos, materiales similares al hollín o rocas. La cantidad de CHONS en cada tipo de material determina cuánto de estos elementos acaban en las atmósferas de los exoplanetas y cuánto en sus interiores.
“El hecho de que no hayamos visto todos los CHONS que esperábamos puede indicar que están encerrados en más materiales rocosos o con hollín que no podemos medir”, explicó McClure. «Esto podría permitir una mayor diversidad en la composición general de los planetas terrestres».
Los hielos se detectaron y midieron estudiando cómo las moléculas de hielo absorbían la luz de las estrellas más allá de la nube molecular en puntos específicos. longitudes de onda infrarrojas visible para Webb. Este proceso deja huellas químicas conocidas como espectro de absorción que se puede comparar con datos de laboratorio para identificar qué hielos están presentes en la nube molecular.
En este estudio, el equipo apuntó a los hielos enterrados en una región particularmente fría, densa y difícil de investigar de la nube molecular Chameleon I, una región a unos 500 años luz de la Tierra que actualmente se encuentra en proceso de formación de docenas de estrellas jóvenes.
«Simplemente no podríamos haber observado estos hielos sin Webb», explicó Klaus Pontoppidan, científico del proyecto Webb en el Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial, que participó en esta investigación.
“Los hielos aparecen como depresiones contra un continuo de luz estelar de fondo. En regiones que son así de frías y densas, gran parte de la luz de la estrella de fondo está bloqueada y la exquisita sensibilidad de Webb fue necesaria para detectar la luz de las estrellas y, por lo tanto, identificar los hielos en la nube molecular».
Esta investigación forma parte del proyecto edad de hielouno de los 13 de Webb Ciencia de salida temprana programas Estas observaciones están diseñadas para mostrar las capacidades de observación de Webb y permitir que la comunidad astronómica aprenda cómo obtener lo mejor de sus instrumentos.
El equipo de Ice Age ya ha planeado más observaciones y espera rastrear el viaje de los hielos desde su formación hasta el ensamblaje de los cometas helados.
“Esta es solo la primera de una serie de instantáneas espectrales que obtendremos para ver cómo evolucionan los hielos desde su síntesis inicial hasta las regiones de formación de cometas de los discos protoplanetarios”, concluyó McClure. «Esto nos dirá qué mezcla de hielos, y por lo tanto qué elementos, pueden eventualmente ser entregados a las superficies de los exoplanetas terrestres o incorporados a las atmósferas de los planetas gigantes de gas o hielo».
Fuente: Agencia Espacial Europea
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