Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba — najdokładniejszy teleskop, jaki kiedykolwiek zbudowano — odegrał decydującą rolę w odkryciu zamrożonych form długiej serii cząsteczek, takich jak dwutlenek węgla, amoniak, metan, metanol i jeszcze bardziej złożone cząsteczki, zamrożone jako lód na powierzchnia małych ziaren pyłu.
Ziarna pyłu powiększają się, gdy są częścią dysków gazu i pyłu formujących się wokół młodych gwiazd. Oznacza to, że naukowcy mogli zbadać wiele cząsteczek biorących udział w formowaniu nowych egzoplanet.
Naukowcy z Instytutu Nielsa Bohra na Uniwersytecie w Kopenhadze połączyli odkrycia z JWST z danymi z Atacama Large Millimeter Array (ALMA), dokonując obserwacji w innych długościach fal niż JWST, a naukowcy z Uniwersytetu w Aarhus przyczynili się do niezbędnych badań w laboratorium.
„Dzięki zastosowaniu obserwacji, np. z ALMA, możemy bezpośrednio obserwować same ziarna pyłu, a także zobaczyć te same cząsteczki, co w gazie obserwowanym w lodzie” Lars Kristensen, prof. — wyjaśnia Instytut Nielsa Bohra (NBI).
„Korzystanie z połączonego zestawu danych daje nam wyjątkowy wgląd w złożone interakcje między gazem, lodem i pyłem w obszarach, w których powstają gwiazdy i planety” – mówi Jes Jørgensen, profesor z NBI.
„W ten sposób możemy mapować położenie cząsteczek w obszarze zarówno przed, jak i po ich zamrożeniu na ziarnach pyłu i możemy śledzić ich drogę od zimnego obłoku molekularnego do powstających układów planetarnych wokół młodych gwiazd”.
Decydującym odkryciem była zawartość lodu w obłoku molekularnym
Lody wykryto i zmierzono, badając, w jaki sposób światło gwiazd spoza obłoku molekularnego było absorbowane przez cząsteczki lodu w określonych długościach fal podczerwieni widocznych dla Webba.
Proces ten pozostawia chemiczne odciski palców znane jako widma absorpcyjne, które można porównać z danymi laboratoryjnymi, aby określić, które lody są obecne w chmurze molekularnej.
W tym badaniu zespół skupił się na lodzie zakopanym w szczególnie zimnym, gęstym i trudnym do zbadania regionie obłoku molekularnego Chamaeleon I, regionie oddalonym o około 600 lat świetlnych od Ziemi, w którym obecnie formują się dziesiątki młodych gwiazd.
Wraz z formowaniem się gwiazd dochodzi do formowania się planet, a perspektywa naukowców współpracujących z IceAge polega zasadniczo na określeniu roli, jaką lód odgrywa w gromadzeniu cząsteczek niezbędnych do powstania życia.
„Badanie to potwierdza, że międzygwiazdowe ziarna pyłu są katalizatorami formowania złożonych cząsteczek w bardzo rozproszonym gazie w tych obłokach, co również obserwujemy w laboratorium” – wyjaśnia Sergio Ioppolo, profesor nadzwyczajny na Uniwersytecie w Aarhus, współtworząc niektóre z eksperymenty w laboratorium, które zostały porównane z obserwacjami.
Czułość JWST była absolutnie niezbędnym warunkiem wstępnym odkrycia
„Po prostu nie moglibyśmy zaobserwować tych lodów bez Webba” — rozwinął Klaus Pontoppidan, naukowiec projektu JWST w Space Telescope Science Institute w Baltimore, USA, który był zaangażowany w te badania.
„Lody pojawiają się jako spadki na kontinuum światła gwiazd tła. W regionach, które są tak zimne i gęste, większość światła gwiazdy tła jest blokowana, a znakomita czułość Webba była niezbędna do wykrycia światła gwiazd, a tym samym zidentyfikowania lodów w chmura molekularna”.
Zespół IceAge zaplanował już więcej obserwacji za pomocą teleskopów Webba i innych.
„Te obserwacje wraz z dalszymi badaniami laboratoryjnymi pokażą nam, jaka mieszanina lodu – a zatem jakie pierwiastki – może ostatecznie zostać dostarczona na powierzchnie egzoplanet typu ziemskiego lub włączona do atmosfer gigantycznych planet gazowych lub lodowych.
„Podsumowuje Melissa McClure, astronom z Obserwatorium w Leiden i lider programu obserwacji.