Ett internationellt team av astronomer som använder NASA/ESA/CSA James Webb rymdteleskop har upptäckt en mängd olika molekyler, allt från relativt enkla sådana som metan till komplexa föreningar som ättiksyra och etanol, i ett tidigt stadium av protostjärnor där planeter ännu inte har bildats. . Dessa är nyckelingredienser för att skapa potentiellt beboeliga världar.
Närvaron av komplexa organiska molekyler (COM) i den fasta fasen i protostjärnor förutspåddes först för årtionden sedan från laboratorieexperiment, och preliminära upptäckter av dessa molekyler har gjorts av andra rymdteleskop. Detta inkluderar Webbs Early Release Science Ice Age-program, som upptäckte olika isar i de mörkaste, kallaste områdena i ett molekylärt moln som hittills uppmätts.
Nu, med den oöverträffade spektrala upplösningen och känsligheten hos Webbs Mid-InfraRed Instrument (MIRI), som en del av programmet JOYS+ (James Webb Observations of Young ProtoStars), har dessa COM identifierats individuellt och bekräftats vara närvarande i de interstellära isarna. Detta inkluderar robust detektering av acetaldehyd, etanol (det vi kallar alkohol), metylformiat och troligen ättiksyra (syran i vinäger), i den fasta fasen.
"Detta fynd bidrar till en av de långvariga frågorna inom astrokemi", säger teamledaren Will Rocha vid Leiden University i Nederländerna. "Vad är ursprunget till COM i rymden? Är de gjorda i gasfas eller i is? Detekteringen av COM i ice tyder på att kemiska reaktioner i fast fas på ytorna av kalla dammkorn kan bygga komplexa typer av molekyler."
Eftersom flera COM, inklusive de som upptäckts i den fasta fasen i denna forskning, tidigare upptäckts i den varma gasfasen, tror man nu att de härrör från sublimering av is. Sublimering är att ändra direkt från ett fast ämne till en gas utan att bli en vätska. Att upptäcka COM i is gör därför astronomer hoppfulla om att utveckla en förbättrad förståelse för ursprunget till andra ännu större molekyler i rymden.
Harold Linnartz ledde Laboratory for Astrophysics i Leiden under många år och koordinerade mätningarna av de data som användes i studien publicerad i Astronomy &Astrophysics . Ewine van Dishoeck från Leiden University, en av koordinatorerna för JOYS+-programmet, berättade:"Harold var särskilt glad över att i COM-uppdragen kan labbarbete spela en viktig roll eftersom det har tagit lång tid att komma hit."
Forskare är också angelägna om att undersöka i vilken utsträckning dessa COM transporteras till planeter i mycket senare skeden av protostjärnans utveckling. COMs i isar transporteras mer effektivt till planetbildande skivor än gas från moln. Dessa iskalla COM kan därför ärvas av kometer och asteroider som i sin tur kan kollidera med planeter i formation. I det scenariot kan COMs levereras till dessa planeter, vilket potentiellt ger ingredienserna för att livet ska blomstra.
Forskarteamet upptäckte också enklare molekyler, inklusive metan, myrsyra (som gör sting av myror smärtsamt), svaveldioxid och formaldehyd. Särskilt svaveldioxid låter teamet undersöka svavelbudgeten som finns tillgänglig i protostjärnor. Dessutom är det av prebiotiskt intresse eftersom befintlig forskning tyder på att svavelhaltiga föreningar spelade en viktig roll för att driva metaboliska reaktioner på den primitiva jorden. Negativa joner detekterades också; de ingår i salter som är avgörande för att utveckla ytterligare kemisk komplexitet vid högre temperaturer. Detta tyder på att isarna kan vara mycket mer komplexa och kräver ytterligare forskning.
Av särskilt intresse är att en av de undersökta källorna, IRAS 2A, karakteriseras som en protostjärna med låg massa. IRAS 2A kan därför ha likheter med urstadierna i vårt eget solsystem. Om så är fallet, var de kemiska arter som identifierades i denna källa sannolikt närvarande i de första utvecklingsstadierna av vårt solsystem och levererades senare till den primitiva jorden.
Alla dessa molekyler kan bli en del av kometer och asteroider och så småningom nya planetsystem när det isiga materialet transporteras inåt till de planetbildande skivorna när det protostellära systemet utvecklas", säger van Dishoeck. "Vi ser fram emot att följa detta astrokemiska spårsteg. i takt med mer Webb-data under de kommande åren."
Annat färskt arbete av Pooneh Nazari från Leiden Observatory, publicerat på arXiv preprint-server, väcker också astronomernas förhoppningar om att hitta mer komplexitet i isar, efter de trevande upptäckterna av metylcyanid och etylcyanid från Webb NIRSpec-data. Nazari säger, "Det är imponerande hur Webb nu tillåter oss att ytterligare undersöka iskemin ner till nivån av cyanider, viktiga ingredienser i prebiotisk kemi."
Mer information: W. R. M. Rocha et al, JWST Observations of Young protoStars (JOYS+):Detektering av isiga komplexa organiska molekyler och joner, Astronomy &Astrophysics (2024). DOI:10.1051/0004-6361/202348427
P. Nazari et al, Jaga efter komplexa cyanider i protostellära isar med JWST:Tentativ detektion av CH3CN och C2H5CN, arXiv (2024). DOI:10.48550/arxiv.2401.07901
Tillhandahålls av Europeiska rymdorganisationen
