Міжнародна команда астрономів за допомогою космічного телескопа Джеймса Вебба виявила різноманітні молекули, від відносно простих, таких як метан, до складних сполук, таких як оцтова кислота та етанол, у протозірках на ранніх стадіях розвитку, де планети ще не сформувалися. Це ключові інгредієнти для створення потенційно придатних для життя світів.
Складні органічні молекули у космосі
Присутність складних органічних молекул (СОМ) у твердій фазі протозірок було вперше передбачено десятиліття тому на основі лабораторних експериментів, а попередні виявлення цих молекул були зроблені іншими космічними телескопами. Сюди входить програма раннього відкриття льодовикового періоду Вебба, яка виявила різноманітні льоди в найтемніших і найхолодніших ділянках молекулярної хмари, виміряних на сьогоднішній день.
Тепер, завдяки безпрецедентній спектральній роздільній здатності та чутливості інструменту середнього інфрачервоного діапазону Вебба (MIRI) в рамках програми JOYS+ (Спостереження Джеймса Вебба за молодими протозірками), ці СОМ були індивідуально ідентифіковані та підтверджені як такі, що присутні в міжзоряному льоді. Це включає надійне виявлення ацетальдегіду, етанолу (те, що ми називаємо спиртом), метилформіату і, ймовірно, оцтової кислоти (кислоти, що міститься в оцті) у твердій фазі.
“Це відкриття дає відповідь на одне з давніх питань астрохімії, – каже керівник групи Вілл Роша з Лейденського університету в Нідерландах. – Звідки беруться СОМ у космосі? Вони утворюються в газовій фазі чи в льодах? Виявлення СОМ в льодах свідчить про те, що твердофазні хімічні реакції на поверхні холодних пилових зерен можуть створювати складні типи молекул”.
СОМ у льодах
Оскільки деякі СОМ, в тому числі ті, що були виявлені в твердій фазі в цьому дослідженні, раніше були виявлені в теплій газовій фазі, зараз вважається, що вони походять від сублімації льодів. Сублімація – це перехід безпосередньо з твердого стану в газ без перетворення в рідину. Тому виявлення СОМ в льодах дає астрономам надію на покращення розуміння походження інших, ще більших молекул у космосі.
Вчені також прагнуть з’ясувати, якою мірою ці СОМ переносяться на планети на більш пізніх стадіях еволюції протозірки. Компостні речовини в льодах переносяться до планетних дисків ефективніше, ніж газ із хмар. Тому ці крижані СОМ можуть бути успадковані кометами та астероїдами, які, в свою чергу, можуть зіткнутися з планетами, що формуються. За такого сценарію СОМ можуть бути доставлені на ці планети, потенційно забезпечуючи інгредієнти для процвітання життя.
NASA, ESA, CSA, Л. Хустак (STScI)
Про що свідчать молекули
Наукова команда також виявила простіші молекули, зокрема метан, мурашину кислоту, діоксид сірки та формальдегід. Діоксид сірки, зокрема, дозволив команді дослідити бюджет сірки, доступний у протозірках. Крім того, він представляє пребіотичний інтерес, оскільки існуючі дослідження свідчать про те, що сірковмісні сполуки відігравали важливу роль у метаболічних реакціях на первісній Землі.
Негативні іони також були виявлені. Вони входять до складу солей, які мають вирішальне значення для розвитку подальшої хімічної складності при більш високих температурах. Це вказує на те, що льоди можуть бути набагато складнішими і потребують подальших досліджень.
Особливий інтерес викликає те, що одне з досліджуваних джерел, IRAS 2A, характеризується як протозірка з низькою масою. Отже, IRAS 2A може мати схожість з первинними стадіями нашої Сонячної системи. Якщо це так, то хімічні види, виявлені в цій протозірці, могли бути присутніми на перших етапах розвитку нашої Сонячної системи і пізніше потрапили на примітивну Землю.
Кометний транспорт
“Всі ці молекули можуть стати частиною комет і астероїдів і, зрештою, нових планетних систем, коли крижаний матеріал транспортується всередину планетоутворюючих дисків у міру розвитку протозоряної системи”, – сказав ван Дішоек.
Вчені сподіваються крок за кроком простежити цей астрохімічний слід, отримавши більше даних Вебба в найближчі роки.
Інша нещодавня робота Пуне Назарі (Pooneh Nazari) з Лейденської обсерваторії також піднімає надії астрономів на виявлення більш складної структури льоду після попереднього виявлення метилціаніду та етилціаніду за допомогою даних NIRSpec.
Назарі каже: “Вражає те, як Вебб тепер дозволяє нам досліджувати хімічний склад льоду аж до рівня ціанідів, важливих інгредієнтів у пребіотичній хімії”.
