Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba to źródło wciąż nowych odkryć. Tym razem pomógł odkryć w pobliżu gwiazd różnego rodzaju cząsteczki, od tych prostych, takich jak metan, po bardziej złożone związki, takie jak kwas octowy czy nawet etanol. Można by pomyśleć że obcy urządzili sobie w kosmosie ogromnych rozmiarów gorzelnię.
Dzięki nowatorskim obserwacjom Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba, astronomowie odkryli obecność etanolu oraz innych złożonych cząsteczek organicznych zawartych w okruchach lodu w okolicach dwóch młodych protogwiazd – IRAS 2A oraz IRAS 23385. To według autorów badań, przełomowe odkrycie ujawniające nie tylko proste substancje, takie jak metan, ale również bardziej skomplikowane związki chemiczne przy protogwiazdach, rozszerza nasze rozumienie chemicznego składu młodych systemów gwiazdowych. Tym samym rzuca nowe światło na procesy, które mogą przyczyniać się do formowania planet. Naukowcy zwracają uwagę również na to, że są to kluczowe składniki umożliwiające powstanie planet mogących tworzyć na powierzchni warunki sprzyjające rozwojowi żywych organizmów. Wyniki oraz szczegółowy opis badań opublikowany został w czasopiśmie naukowym Astronomy & Astrophysics.
Naukowcy przewidywali istnienie złożonych cząsteczek organicznych w formie ziarenek lodu otaczającego protogwiazdy już kilkadziesiąt lat temu. Swojego teorie opierali wówczas jedynie na wynikach badań laboratoryjnych, nie posiadaliśmy jeszcze tak rozwiniętej technologii i tak wyspecjalizowanych instrumentów obserwacyjnych jak JWST.
W przeszłości różne teleskopy zdołały uchwycić ich ślady, jednak dopiero rozdzielczość i niezrównana czułość instrumentu MIRI będącego na wyposażeniu Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba umożliwiły szczegółową identyfikację i potwierdzenie obecności tych związków w lodowych ziarnach unoszących się w przestrzeni kosmicznej wokół protogwiazd.
Jak stwierdził Dr Will Rocha z Uniwersytetu w Lejdzie w Holandii – To odkrycie rzuca światło na jedno z najważniejszych pytań astrochemii – skąd biorą się złożone cząsteczki organiczne w kosmosie i w jakim stanie są one tworzone? Powstają w stanie stałym czy gazowym? Obserwacje sugerują, że reakcje chemiczne zachodzące na powierzchni ziaren zimnego pyłu mogą prowadzić do powstania złożonych cząsteczek w stanie stałym
Przyrząd MIRI należący do Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba zidentyfikował różnorodne złożone cząsteczki organiczne. Cząsteczki te, będące kluczowymi składnikami tworzącymi potencjalnie nadające się do zamieszkania światy, obejmują etanol, kwas mrówkowy, metan i prawdopodobnie kwas octowy w fazie stałej. Odkrycie pochodzi z badań dwóch protogwiazd, IRAS 2A i IRAS 23385, które są tak młode, że nie tworzą jeszcze planet.
Ilustracja: NASA, ESA, CSA, L. Hustak (STScI). Nauka: W. Rocha (Uniwersytet w Lejdzie).
Dodatkowo, choć te związki organiczne były wcześniej wykrywane w fazie gazowej, obecne badania wskazują, że mogą one powstać przez proces sublimacji z lodu, który polega na bezpośrednim przejściu z fazy stałej w gazową, omijając fazę ciekłą. To odkrycie zwiększa nadzieję na głębsze zrozumienie mechanizmów formowania się większych i bardziej skomplikowanych cząsteczek organicznych w kosmosie, otwierając nowe perspektywy dla przyszłych badań.
Jak więc złożone cząsteczki organiczne wpływają na formowanie się planet w późniejszych fazach życia protogwiazd? Naukowcy przypuszczają, że te cząsteczki, zatrzymując się w lodzie, mogą z większą łatwością przemieszczać się z obłoków molekularnych do dysków planetarnych niż w stanie gazowym. Po osiedleniu się w tych dyskach, zamrożone cząsteczki organiczne stają się niezbędnym składnikiem komet i asteroid. A te mogą następnie zderzać się z kształtującymi się planetami, dostarczając składniki niezbędne dla potencjalnego rozwoju życia. Tak mogło to też wyglądać w przypadku naszej planety.
Patronite
Zostań Patronem Astrofazy! Pomóż rozwijać projekt i zyskaj dostęp do bonusowych treści!Zespół badawczy nie ograniczył się wyłącznie do badań złożonych cząsteczek, ale odkrył także prostsze molekuły, w tym kwas mrówkowy, metan, formaldehyd oraz dwutlenek siarki. Inne badania podkreślają, że związki siarkowe mogły odgrywać kluczową rolę w katalizowaniu procesów metabolicznych na Ziemi w jej wczesnych etapach rozwoju. Co rzuca kolejne, nowe światło na złożoność chemiczną procesów, które mogły być niezbędne do wsparcia pierwszych form życia na naszej planecie oraz potencjalnie na innych planetach.
Studium chemiczne związków organicznych wokół protogwiazd IRAS 2A i IRAS 23385 rzuca światło na złożoność procesów, które mogą decydować o formowaniu się planetarnych ekosystemów zdolnych do wspierania życia. Porównanie tych związków z tymi w Układzie Słonecznym nie tylko wzbogaca naszą wiedzę o własnym systemie, ale również poszerza horyzonty w poszukiwaniach życia poza Ziemią.
Protogwiazda IRAS 2A posiada masę porównywalną do masy naszego Słońca, może stanowić cenne źródło wiedzy o wczesnych etapach ewolucji Układu Słonecznego. Związki chemiczne, które naukowcy zidentyfikowali wokół niej, mogą odpowiadać tym, które obecne były na początkowych etapach formowania się naszego systemu planetarnego, a które później mogły być dostarczone na powierzchnię młodej Ziemi.
Powyższe zdjęcie przy długości fali 15 mikronów wykonał MIRI. Przedstawia obszar w pobliżu protogwiazdy znanej jako IRAS 23385. IRAS 23385 i IRAS 2A (niewidoczne na tym zdjęciu) zostały celem niedawnych badań międzynarodowego zespołu astronomów, którzy wykorzystali Webba do odkrycia, że kluczowe składniki tworzące potencjalnie nadające się do zamieszkania światy występują w protogwiazdach na wczesnym etapie rozwoju, w których planety jeszcze się nie uformowały.
Źródło zdjęcia: NASA, ESA, CSA, W. Rocha (Uniwersytet w Lejdzie)
Korzystając z coraz większej ilości danych z JWST, naukowcy będą w kolejnych latach śledzić sytuację wokół tych protogwiazd. Pozwoli to prowadzić nowe analizy pokazujące krok po kroku zmiany zachodzące w otoczeniu protogwiazd oraz formujących się układach planetarnych.
Odkrycie złożonych cząsteczek organicznych w przestrzeni kosmicznej stanowi ważny rozdział w historii astronomii. Z każdym odkryciem naukowcy zbliżają się do zrozumienia, w czy i w jaki sposób życie mogłoby powstawać poza Ziemią oraz jak procesy wpływają na formowanie się planet.
Pierwsze dowody na istnienie organicznych cząsteczek w kosmosie pochodzą jeszcze z lat sześćdziesiątych i siedemdziesiątych poprzedniego wieku, kiedy to obserwacje radioteleskopowe pozwoliły na identyfikację prostych związków organicznych, takich jak metan i amoniak, w mgławicach i chłodnych obłokach międzygwiazdowych. To były pierwsze kroki, które pokazały, że składniki, które na Ziemi uznajemy w większości jako te pochodzenie biologicznegio, mogą istnieć poza granicami naszej planety.
Przełom nastąpił kilkadziesiąt lat później dzięki teleskopom kosmicznym. Rozwój technologii w latach 90. umożliwił głębsze badanie odległych regionów kosmosu. Teleskop Hubble’a i późniejsze misje, takie jak Kosmiczny Teleskop Spitzera, którego misja rozpoczęła się w dwa tysiące trzecim roku, dostarczyły obrazów wysokiej rozdzielczości oraz spektroskopowych danych o obłokach molekularnych i dyskach protoplanetarnych. W tych miejscach cały czas formują się nowe egzoplanety, a naukowcy zidentyfikowali tam bardziej złożone związki chemiczne w tym formaldehyd i cyjanowodór.
Obecnie wraz z wykorzystaniem jeszcze bardziej zaawansowanych instrumentów, takich jak obserwatorium Atacama Large Millimeter Array (ALMA) oraz Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba, astronomowie byli w stanie zidentyfikować jeszcze więcej cząsteczek, takich jak cukry czy alkohole złożone. Te odkrycia pokazały,, że pewne kluczowe dla życia składniki mogą formować się w przestrzeni kosmicznej długo przed powstaniem planet zdolnych do ich podtrzymania.
Historia odkryć organicznych cząsteczek w kosmosie pokazuje, jak nauka, dzięki ciągłemu rozwojowi technologicznemu i teoretycznemu, poszerza granice tego, co wiemy o wszechświecie. Każde nowe odkrycie przyczynia się do głębszego zrozumienia skomplikowanych procesów, które mogły kształtować oblicze galaktyk, gwiazd, planet, a potencjalnie także życia.