Co mają wspólnego margarita, ocet i użądlenia mrówek? Zawierają składniki chemiczne zidentyfikowane przez Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba wokół dwóch młodych protogwiazd znanych jako IRAS 2A i IRAS 23385. Chociaż wokół tych gwiazd nie tworzą się jeszcze planety, te i inne cząsteczki wykryte tam przez Webba stanowią kluczowe składniki umożliwiające tworzenie światów potencjalnie nadających się do zamieszkania .
Międzynarodowy zespół astronomów wykorzystał instrument MIRI (instrument średniej podczerwieni) Webba do zidentyfikowania różnych związków lodowych składających się ze złożonych cząsteczek organicznych, takich jak etanol (alkohol) i prawdopodobnie kwas octowy (składnik octu). Praca ta opiera się na wcześniejszych wykryciach przez Webba różnych lodów w zimnym, ciemnym obłoku molekularnym.
Jakie jest pochodzenie złożonych cząsteczek organicznych (COM)?
„To odkrycie przyczynia się do rozwiązania jednego z odwiecznych pytań w astrochemii” – powiedział lider zespołu Will Rocha z Uniwersytetu w Lejdzie w Holandii. „Jakie jest pochodzenie złożonych cząsteczek organicznych, czyli COM, w przestrzeni kosmicznej? Czy powstają w fazie gazowej, czy w lodach? Wykrycie COM w lodach sugeruje, że reakcje chemiczne w fazie stałej zachodzące na powierzchni ziaren zimnego pyłu mogą powodować powstawanie złożonych rodzajów cząsteczek.”
Ponieważ kilka COM, w tym te wykryte w fazie stałej w ramach tych badań, wykryto wcześniej w ciepłej fazie gazowej, obecnie uważa się, że powstają one w wyniku sublimacji lodów. Sublimacja polega na bezpośredniej zmianie stanu stałego w gazowy bez przechodzenia w ciecz. Dlatego wykrycie COM w lodach napawa astronomów nadzieją na lepsze zrozumienie pochodzenia innych, jeszcze większych cząsteczek w przestrzeni.
Naukowcy chcą także zbadać, w jakim stopniu te COM są transportowane do planet na znacznie późniejszych etapach ewolucji protogwiazd. Uważa się, że COM w zimnych lodach łatwiej jest transportować z obłoków molekularnych na dyski planetarne niż ciepłe cząsteczki gazowe. Te lodowe COM można zatem włączyć do komet i asteroid, które z kolei mogą zderzać się z formującymi się planetami, dostarczając składniki niezbędne do potencjalnego rozkwitu życia.
Zespół naukowy wykrył także prostsze cząsteczki, w tym kwas mrówkowy (który powoduje uczucie pieczenia po użądleniu mrówki), metan, formaldehyd i dwutlenek siarki. Badania sugerują, że związki zawierające siarkę, takie jak dwutlenek siarki, odgrywały ważną rolę w napędzaniu reakcji metabolicznych na prymitywnej Ziemi.
Podobne do wczesnych stadiów naszego Układu Słonecznego?
Szczególnie interesujące jest to, że jedno z badanych źródeł, IRAS 2A, charakteryzuje się jako protogwiazda o małej masie. IRAS 2A może zatem przypominać wczesne etapy naszego Układu Słonecznego. W związku z tym substancje chemiczne zidentyfikowane wokół tej protogwiazdy prawdopodobnie były obecne na pierwszych etapach rozwoju naszego Układu Słonecznego, a później zostały dostarczone na prymitywną Ziemię.
„Wszystkie te cząsteczki mogą stać się częścią komet i asteroid, a ostatecznie nowych układów planetarnych, gdy materia lodowa zostanie przetransportowana do wnętrza dysku planetarnego w miarę ewolucji układu protogwiazdowego” – powiedziała Ewine van Dishoeck z Uniwersytetu w Lejdzie, jedna z koordynatorek projektu program naukowy. „Nie możemy się doczekać, aby w nadchodzących latach śledzić ten astrochemiczny szlak krok po kroku, korzystając z większej liczby danych Webba”.
Obserwacje te wykonano w ramach programu JOYS+ (James Webb Observations of Young ProtoStars). Zespół zadedykował te wyniki członkowi zespołu Haroldowi Linnartzowi, który niespodziewanie zmarł w grudniu 2023 r., wkrótce po zaakceptowaniu niniejszego artykułu.
Wyniki badań zostały zaakceptowane do publikacji w czasopiśmie Astronomy & Astrophysics.