Webb’s View of Molecular Cloud Chameleon I (Chú thích)
Nếu bạn muốn xây dựng một hành tinh có thể ở được, băng là một thành phần quan trọng vì chúng là chất mang chính của một số nguyên tố nhẹ chính – cụ thể là carbon, hydro, oxy, nitơ và lưu huỳnh (gọi chung là CHONS). Những nguyên tố này là thành phần quan trọng trong cả khí quyển hành tinh và các phân tử như đường, rượu và axit amin đơn giản. Trong Hệ Mặt trời của chúng ta, người ta cho rằng chúng được đưa đến bề mặt Trái đất do va chạm với các sao chổi hoặc tiểu hành tinh băng giá. Hơn nữa, các nhà thiên văn học tin rằng những tảng băng như vậy rất có thể đã hiện diện trong đám mây bụi và khí lạnh tối tăm mà cuối cùng sẽ sụp đổ để tạo nên Hệ Mặt trời. Trong những vùng không gian này, các hạt bụi băng giá cung cấp một môi trường độc đáo để các nguyên tử và phân tử gặp nhau, có thể kích hoạt các phản ứng hóa học tạo thành các chất rất phổ biến như nước. Các nghiên cứu chi tiết trong phòng thí nghiệm đã chỉ ra thêm rằng một số phân tử tiền sinh học đơn giản có thể hình thành trong những điều kiện băng giá này.
Giờ đây, một bản kiểm kê chuyên sâu về các lớp băng sâu nhất, lạnh nhất được đo cho đến nay trong một đám mây phân tử [1] đã được công bố bởi một nhóm các nhà thiên văn học quốc tế sử dụng Kính viễn vọng Không gian James Webb của NASA/ESA/CSA. Ngoài các loại băng đơn giản như nước, nhóm nghiên cứu có thể xác định các dạng đông lạnh của nhiều loại phân tử, từ carbon dioxide, amoniac và metan, đến phân tử hữu cơ phức tạp đơn giản nhất metanol. Đây là cuộc điều tra toàn diện nhất cho đến nay về các thành phần băng giá có sẵn để tạo ra các thế hệ sao và hành tinh trong tương lai, trước khi chúng được làm nóng trong quá trình hình thành các ngôi sao trẻ. Những hạt băng giá này phát triển về kích thước khi chúng được đưa vào phễu đĩa tiền hành tinh khí và bụi xung quanh những ngôi sao trẻ này, về cơ bản cho phép các nhà thiên văn học nghiên cứu tất cả các phân tử băng giá tiềm năng sẽ được tích hợp vào các ngoại hành tinh trong tương lai.
“Kết quả của chúng tôi cung cấp cái nhìn sâu sắc về giai đoạn hóa học tối ban đầu của quá trình hình thành băng trên các hạt bụi giữa các vì sao sẽ phát triển thành những viên sỏi có kích thước cm mà từ đó các hành tinh hình thành trong các đĩa,” Melissa McClure, nhà thiên văn học tại Đài quan sát Leiden cho biết. điều tra viên chính của chương trình quan sát và là tác giả chính của bài báo mô tả kết quả này. “Những quan sát này mở ra một cửa sổ mới về lộ trình hình thành các phân tử đơn giản và phức tạp cần thiết để tạo nên các khối xây dựng của sự sống.”
Ngoài các phân tử đã được xác định, nhóm nghiên cứu còn tìm thấy bằng chứng về các phân tử tiền sinh học phức tạp hơn metanol trong các đám mây băng dày đặc này và mặc dù họ không quy kết rõ ràng các tín hiệu này cho các phân tử cụ thể, nhưng điều này lần đầu tiên chứng minh rằng các phân tử phức tạp hình thành trong độ sâu băng giá của các đám mây phân tử trước khi các ngôi sao ra đời.
Will Rocha, nhà thiên văn học tại Đài quan sát Leiden, người đã đóng góp cho biết thêm: “Việc chúng tôi xác định các phân tử hữu cơ phức tạp, như metanol và có khả năng là etanol, cũng cho thấy rằng nhiều hệ sao và hành tinh đang phát triển trong đám mây đặc biệt này sẽ kế thừa các phân tử ở trạng thái hóa học khá tiên tiến”. đến khám phá này. “Điều này có thể có nghĩa là sự hiện diện của các phân tử tiền sinh học trong các hệ hành tinh là kết quả chung của quá trình hình thành sao, chứ không phải là một đặc điểm riêng của Hệ Mặt trời của chúng ta.”
Đồ họa quang phổ tắc kè hoa I
Bằng cách phát hiện carbonyl sulfua băng chứa lưu huỳnh, lần đầu tiên các nhà nghiên cứu có thể ước tính lượng lưu huỳnh được nhúng trong các hạt bụi tiền sao băng giá. Mặc dù lượng đo được lớn hơn so với lượng được quan sát trước đó, nhưng nó vẫn ít hơn tổng lượng dự kiến sẽ có trong đám mây này, dựa trên mật độ của nó. Điều này cũng đúng với các phần tử CHONS khác. Một thách thức chính đối với các nhà thiên văn học là tìm hiểu nơi các nguyên tố này đang ẩn náu: trong băng, vật liệu giống bồ hóng hoặc đá. Lượng CHONS trong mỗi loại vật liệu xác định bao nhiêu trong số các nguyên tố này kết thúc trong bầu khí quyển của ngoại hành tinh và bao nhiêu trong phần bên trong của chúng.
McClure giải thích: “Việc chúng tôi chưa nhìn thấy tất cả các CHONS mà chúng tôi mong đợi có thể chỉ ra rằng chúng bị nhốt trong các vật liệu có nhiều đá hoặc bồ hóng hơn mà chúng tôi không thể đo lường được. “Điều này có thể cho phép sự đa dạng lớn hơn trong thành phần khối lượng lớn của các hành tinh trên mặt đất.”
Băng được phát hiện và đo lường bằng cách nghiên cứu cách ánh sáng sao từ bên ngoài đám mây phân tử được hấp thụ bởi các phân tử băng giá ở các bước sóng hồng ngoại cụ thể mà Webb có thể nhìn thấy. Quá trình này để lại dấu vết hóa học được gọi là quang phổ hấp thụ có thể được so sánh với dữ liệu phòng thí nghiệm để xác định băng nào có trong đám mây phân tử. Trong nghiên cứu này, nhóm nghiên cứu đã nhắm mục tiêu vào các tảng băng bị chôn vùi trong một vùng đặc biệt lạnh, dày đặc và khó điều tra của đám mây phân tử Chameleon I, một vùng cách Trái đất khoảng 500 năm ánh sáng hiện đang trong quá trình hình thành hàng chục ngôi sao trẻ.
“Đơn giản là chúng tôi không thể quan sát những tảng băng này nếu không có Webb,” Klaus Pontoppidan, nhà khoa học dự án Webb tại Viện Khoa học Kính viễn vọng Không gian, người đã tham gia vào nghiên cứu này, giải thích. “Các tảng băng xuất hiện dưới dạng các vết lõm trên nền ánh sáng sao liên tục. Ở những vùng lạnh và dày đặc như thế này, phần lớn ánh sáng từ ngôi sao nền bị chặn lại và độ nhạy tinh tế của Webb là cần thiết để phát hiện ánh sáng của ngôi sao và do đó xác định băng trong đám mây phân tử.”
Nghiên cứu này là một phần của Dự án kỷ băng hàmột trong số 13 của Webb Khoa học phát hành sớm các chương trình. Những quan sát này được thiết kế để thể hiện khả năng quan sát của Webb và cho phép cộng đồng thiên văn tìm hiểu cách tận dụng tốt nhất các công cụ của mình. Nhóm Kỷ băng hà đã lên kế hoạch quan sát thêm và hy vọng sẽ lần ra hành trình của băng từ khi hình thành cho đến khi tập hợp các sao chổi băng giá.
McClure kết luận: “Đây chỉ là bức ảnh đầu tiên trong một loạt ảnh chụp quang phổ mà chúng tôi sẽ thu được để xem các băng phát triển như thế nào từ quá trình tổng hợp ban đầu của chúng đến các vùng hình thành sao chổi của các đĩa tiền hành tinh”. “Điều này sẽ cho chúng ta biết hỗn hợp băng nào – và do đó những nguyên tố nào – cuối cùng có thể được chuyển đến bề mặt của các hành tinh ngoài hệ mặt đất hoặc kết hợp vào bầu khí quyển của các hành tinh khí hoặc băng khổng lồ.”
Quan điểm của Webb về đám mây phân tử Chameleon I
ghi chú[1] Đám mây phân tử là một đám mây khí và bụi rộng lớn giữa các vì sao trong đó các phân tử có thể hình thành, chẳng hạn như hydro và carbon monoxide. Các cụm lạnh, dày đặc trong các đám mây phân tử có mật độ cao hơn môi trường xung quanh có thể là nơi hình thành sao nếu các cụm này sụp đổ để tạo thành tiền sao.
Thêm thông tin
Webb là chiếc kính viễn vọng lớn nhất, mạnh nhất từng được phóng vào vũ trụ. Theo thỏa thuận hợp tác quốc tế, ESA đã cung cấp dịch vụ phóng kính viễn vọng, sử dụng phương tiện phóng Ariane 5. Làm việc với các đối tác, ESA chịu trách nhiệm phát triển và đánh giá khả năng thích ứng của Ariane 5 cho sứ mệnh Webb và mua sắm dịch vụ phóng của Arianespace. ESA cũng cung cấp máy quang phổ NIRSpec và 50% thiết bị hồng ngoại tầm trung MIRI, được thiết kế và chế tạo bởi một tập đoàn gồm các Viện châu Âu được tài trợ quốc gia (Hiệp hội MIRI châu Âu) hợp tác với JPL và Đại học Arizona.
Webb là sự hợp tác quốc tế giữa NASA, ESA và Cơ quan Vũ trụ Canada (CSA).
Tiếp xúc:
Quan hệ truyền thông ESA
media@Khoa học