Webb revela o lado negro da química do gelo pré-estelar
A descoberta de diversos gelos nas regiões mais escuras e frias de uma nuvem molecular medida até o momento foi anunciada por uma equipe internacional de astrônomos usando o Telescópio Espacial James Webb da NASA/ESA/CSA. Este resultado permite aos astrônomos examinar as moléculas de gelo simples que serão incorporadas em futuros exoplanetas, enquanto abre uma nova janela sobre a origem de moléculas mais complexas que são o primeiro passo na criação dos blocos de construção da vida.
Se você deseja construir um planeta habitável, os gelos são um ingrediente vital, pois são os principais portadores de vários elementos-chave da luz – ou seja, carbono, hidrogênio, oxigênio, nitrogênio e enxofre (referidos coletivamente como CHONS). Esses elementos são ingredientes importantes tanto em atmosferas planetárias quanto em moléculas como açúcares, álcoois e aminoácidos simples. Em nosso Sistema Solar, acredita-se que eles foram lançados na superfície da Terra por impactos com cometas ou asteróides gelados. Além disso, os astrônomos acreditam que tais gelos provavelmente já estavam presentes na nuvem escura de poeira fria e gás que eventualmente entraria em colapso para formar o Sistema Solar. Nessas regiões do espaço, grãos de poeira gelada fornecem um cenário único para átomos e moléculas se encontrarem, o que pode desencadear reações químicas que formam substâncias muito comuns como a água.
Agora, um inventário detalhado dos gelos mais profundos e frios medidos até agora em uma nuvem molecular [1] foi anunciado por uma equipe internacional de astrônomos usando o Telescópio Espacial James Webb da NASA/ESA/CSA. Além de gelos simples como a água, a equipe conseguiu identificar formas congeladas de uma ampla gama de moléculas, desde sulfeto de carbonila, amônia e metano, até a molécula orgânica complexa mais simples, o metanol (no meio interestelar, as moléculas orgânicas são consideradas ser complexo quando tiver seis ou mais átomos). Este é o censo mais abrangente até o momento dos ingredientes gelados disponíveis para formar as futuras gerações de estrelas e planetas, antes de serem aquecidos durante a formação de estrelas jovens. Esses grãos de gelo crescem em tamanho à medida que são canalizados para os discos protoplanetáriosde gás e poeira em torno dessas estrelas jovens, essencialmente permitindo aos astrônomos estudar todas as potenciais moléculas de gelo que serão incorporadas em futuros exoplanetas.
“ Nossos resultados fornecem informações sobre o estágio inicial de química escura da formação de gelo nos grãos de poeira interestelar que se transformarão em pedras de tamanho centimétrico a partir das quais os planetas se formam em discos”, disse Melissa McClure, astrônoma do Observatório de Leiden, que é o investigador principal do programa de observação e autor principal do artigo que descreve este resultado. “ Estas observações abrem uma nova janela sobre os caminhos de formação para as moléculas simples e complexas que são necessárias para fazer os blocos de construção da vida. ”
Além das moléculas identificadas, a equipe encontrou evidências de moléculas prebióticas mais complexas que o metanol nessas densas nuvens de gelo e, embora não tenham atribuído definitivamente esses sinais a moléculas específicas, isso prova pela primeira vez que moléculas complexas se formam em as profundezas geladas das nuvens moleculares antes do nascimento das estrelas.
“ Nossa identificação de moléculas orgânicas complexas, como metanol e potencialmente etanol, também sugere que os muitos sistemas estelares e planetários que se desenvolvem nesta nuvem em particular herdarão moléculas em um estado químico bastante avançado”, acrescentou Will Rocha, astrônomo do Observatório de Leiden, que contribuiu a esta descoberta. “ Isso pode significar que a presença de moléculas prebióticas em sistemas planetários é um resultado comum da formação estelar, e não uma característica única do nosso próprio Sistema Solar. ”
Ao detectar o sulfeto de carbonila do gelo contendo enxofre, os pesquisadores foram capazes de estimar a quantidade de enxofre incorporada nos grãos de poeira pré-estelares gelados pela primeira vez. Embora a quantidade medida seja maior do que a observada anteriormente, ainda é menor do que a quantidade total esperada nesta nuvem, com base em sua densidade. Isso também é verdade para os outros elementos CHONS. Um dos principais desafios para os astrônomos é entender onde esses elementos estão escondidos: no gelo, em materiais semelhantes à fuligem ou nas rochas. A quantidade de CHONS em cada tipo de material determina quanto desses elementos acabam nas atmosferas dos exoplanetas e quanto em seus interiores.
“O fato de não termos visto todos os CHONs que esperávamos pode indicar que eles estão presos em materiais mais rochosos ou fuliginosos que não podemos medir”, explicou McClure . “Isso poderia permitir uma maior diversidade na composição geral dos planetas terrestres.”
Os gelos foram detectados e medidos estudando como a luz das estrelas além da nuvem molecular foi absorvida por moléculas de gelo em comprimentos de onda infravermelhos específicos visíveis para Webb. Esse processo deixa para trás impressões digitais conhecidas como espectros de absorção , que podem ser comparados com dados de laboratório para identificar quais gelos estão presentes na nuvem molecular. Neste estudo, a equipe mirou gelos enterrados em uma região particularmente fria, densa e difícil de investigar da nuvem molecular Chameleon I, uma região a 631 anos-luz da Terra que está atualmente em processo de formação de dezenas de estrelas jovens.
“ Simplesmente não poderíamos ter observado esses gelos sem o Webb ”, elaborou Klaus Pontoppidan, cientista do projeto Webb no Space Telescope Science Institute, que esteve envolvido nesta pesquisa. “ Os gelos aparecem como depressões contra um continuum de luz estelar de fundo. Em regiões tão frias e densas, grande parte da luz da estrela de fundo é bloqueada e a sensibilidade refinada de Webb foi necessária para detectar a luz das estrelas e, portanto, identificar os gelos na nuvem molecular.”
Esta pesquisa faz parte do projeto Ice Age , um dos 13 programas Early Release Science do Webb . Essas observações são projetadas para mostrar as capacidades de observação do Webb e permitir que a comunidade astronômica aprenda como obter o melhor de seus instrumentos. A equipe da Era do Gelo já planejou outras observações e espera traçar a jornada dos gelos desde sua formação até a montagem de cometas gelados.
“ Este é apenas o primeiro de uma série de instantâneos espectrais que obteremos para ver como os gelos evoluem desde sua síntese inicial até as regiões formadoras de cometas dos discos protoplanetários ”, concluiu McClure. “ Isso nos dirá qual mistura de gelo – e, portanto, quais elementos – pode eventualmente ser entregue às superfícies de exoplanetas terrestres ou incorporado nas atmosferas de planetas gigantes de gás ou gelo. ”
Notas
[1] Uma nuvem molecular é uma vasta nuvem interestelar de gás e poeira na qual moléculas podem se formar, como hidrogênio e monóxido de carbono. Aglomerados frios e densos em nuvens moleculares com densidades mais altas do que seus arredores podem ser locais de formação estelar se esses aglomerados colapsarem para formar protoestrelas.
Mais Informações
O Webb é o maior e mais poderoso telescópio já lançado no espaço. Ao abrigo de um acordo de colaboração internacional, a ESA forneceu o serviço de lançamento do telescópio, utilizando o veículo de lançamento Ariane 5. Trabalhando com parceiros, a ESA foi responsável pelo desenvolvimento e qualificação das adaptações do Ariane 5 para a missão Webb e pela aquisição do serviço de lançamento pela Arianespace. A ESA também forneceu o poderoso espectrógrafo NIRSpec e 50% do instrumento de infravermelho médio MIRI, que foi projetado e construído por um consórcio de institutos europeus financiados nacionalmente (The MIRI European Consortium) em parceria com o JPL e a Universidade do Arizona.
Webb é uma parceria internacional entre a NASA, a ESA e a Agência Espacial Canadense (CSA).
A equipe internacional de astrônomos neste estudo é composta por MK McClure (Leiden Observatory, Leiden University), WRM Rocha (Laboratory for Astrophysics, Leiden Observatory), KM Pontoppidan (Space Telescope Science Institute), N. Crouzet (Leiden Observatory, Leiden University) , LEU Chu (Nasa Postdoctoral Program Fellow, NASA Ames Research Center), E. Dartois (Institut des Sciences Moleculaires d’Orsay (ISMO), CNRS/Univ. Paris-Saclay), T. Lamberts (Leiden Institute of Chemistry, Gorlaeus Laboratories & Leiden Observatory, Leiden University), JA Noble (Physique des Interactions Ioniques et Moléculaires (PIIM), CNRS/Aix-Marseille Univ.), YJ Pendleton (Departamento de Física, University of Central Florida), G. Perotti (Max Planck Institute para Astronomia), D. Qasim (Southwest Research Institute, San Antonio, TX, EUA.), MGRachid (Laboratory for Astrophysics, Leiden Observatory), ZL Smith (School of Physical Sciences, The Open University), F. Sun (Steward Observatory, University of Arizona), Tracy L. Beck (Space Telescope Science Institute), ACA Boogert (Institute para Astronomia, Universidade do Havaí em Manoa), WA Brown (Departamento de Química, Universidade de Sussex), P. Caselli (Instituto Max Planck para Física Extraterrestre), SB Charnley (Divisão de Exploração do Sistema Solar, NASA Goddard Space Flight Center) , Herma M. Cuppen (Instituto de Moléculas e Materiais, Universidade Radboud), H. Dickinson (Escola de Ciências Físicas, Universidade Aberta), MN Drozdovskaya (Centro de Espaço e Habitabilidade, Universidade de Berna), E. Egami (Observatório Steward , Universidade do Arizona), J. Erkal (Instituto de Astronomia, Universidade do Havaí em Manoa), H.Fraser (Escola de Ciências Físicas, The Open University), RT Garrod (Departamentos de Astronomia e Química, Universidade da Virgínia), D. Harsono (Instituto de Astronomia, Departamento de Física, Universidade Nacional Tsing Hua), S. Ioppolo (Centro de Catálise Interestelar, Departamento de Física e Astronomia, Universidade de Aarhus), I. Jiménez-Serra (Centro de Astrobiología [CAB], Ctra. de Ajalvir), M. Jin (Divisão de Exploração do Sistema Solar, Centro de Voo Espacial Goddard da NASA e Departamento de Física , Catholic University of America), JK Jørgensen (Niels Bohr Institute, University of Copenhagen), LE Kristensen (Niels Bohr Institute, University of Copenhagen), DC Lis (Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology), MRS McCoustra (Institute of Chemical Ciências, Universidade Heriot-Watt), Brett A.McGuire (Departamento de Química, Instituto de Tecnologia de Massachusetts e Observatório Nacional de Radioastronomia), GJ Melnick (Centro de Astrofísica | Harvard & Smithsonian), Karin I. Öberg (Centro de Astrofísica | Harvard & Smithsonian), ME Palumbo (INAF – Osservatorio Astrofísico di Catania), T. Shimonishi (Faculdade de Ciências, Universidade de Niigata), JA Sturm (Observatório de Leiden, Universidade de Leiden), EF van Dishoeck (Observatório de Leiden, Universidade de Leiden) e H. Linnartz (Laboratório de Astrofísica, Observatório de Leiden).Shimonishi (Faculdade de Ciências, Universidade de Niigata), JA Sturm (Observatório de Leiden, Universidade de Leiden), EF van Dishoeck (Observatório de Leiden, Universidade de Leiden) e Crédito da imagem: NASA, ESA, CSA e M. Zamani (ESA/Webb); Ciência: F. Sun (Observatório Steward), Z. Smith (Universidade Aberta) e a Equipe ERS da Era do Gelo.
Traduzido de ESAWEB.ORG
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