Международная группа астрономов, использующая космический телескоп Джеймс Уэбб, получила подробный список самых далеких и самых холодных льдов, измеренных на сегодняшний день в молекулярном облаке. В дополнение к простому водному льду, ученые смогли идентифицировать замороженные формы широкого спектра молекул, от карбонилсульфида, аммиака и метана до простейшей сложной органической молекулы, метанола. (Исследователи считали органические молекулы сложными, если они состоят из шести и более атомов.)

«Наши результаты дают представление о начальной, неизвестной химической стадии образования льда на межзвездных пылинках, которые вырастут в сантиметровые камешки, из которых в дисках формируются планеты», — сказала Мелисса МакКлюр, астроном из Лейденской обсерватории, которая является главным исследователем программы наблюдений и ведущим автором статьи, описывающей этот результат.

«Наши наблюдения открывают новое окно в отношении путей образования простых и сложных молекул, необходимых для создания строительных блоков жизни».

В дополнение к идентифицированным молекулам ученые обнаружили доказательства наличия молекул более сложных, чем метанол, и, хотя они не приписали окончательно эти сигналы конкретным молекулам, это впервые доказывает, что сложные молекулы образуются в ледяных глубинах молекулярных облаков до рождения звезд.

«Наша идентификация сложных органических молекул, таких как метанол и, возможно, этанол, также предполагает, что многие звездные и планетарные системы, развивающиеся в этом конкретном облаке, унаследуют молекулы в довольно продвинутом химическом состоянии», — говорят ученые. «Это может означать, что присутствие предшественников пребиотических молекул в планетных системах является обычным результатом звездообразования, а не уникальной особенностью нашей Солнечной системы».

Обнаружив серосодержащий карбонилсульфид лед, исследователи впервые смогли оценить количество серы, заключенной в ледяных дозвездных пылинках. Хотя измеренное количество больше, чем наблюдалось ранее, оно все же меньше, чем общее количество, которое ожидается в этом облаке, исходя из его плотности.

Это верно и для других элементов CHONS. Ключевой задачей для астрономов является понимание того, где прячутся эти элементы: во льдах, сажеподобных материалах или камнях. Количество CHONS в каждом типе материала определяет, сколько из этих элементов попадает в атмосферу экзопланет, а сколько — в их недра.

«Тот факт, что мы не видели всех CHONS, которые мы ожидаем, может указывать на то, что они заперты в более каменистых или сажеподобных материалах, которые мы не можем измерить», — пояснили ученые. «Это могло бы обеспечить большее разнообразие основного состава планет земной группы.

Химическая характеристика льдов была выполнена путем изучения того, как звездный свет из-за пределов молекулярного облака поглощается ледяными молекулами внутри облака на определенных длинах волн инфракрасного излучения, видимых Уэббу. Этот процесс оставляет после себя химические отпечатки, известные как линии поглощения, которые можно сравнить с лабораторными данными, чтобы определить, какие льды присутствуют в молекулярном облаке.

В этом исследовании астрономы нацелились на льды, погребенные в особенно холодной, плотной и труднодоступной области молекулярного облака Хамелеон I, расположенной примерно в 630 световых годах от Земли, которая в настоящее время находится в процессе формирования десятков молодых звезд

«Лед выглядит как провалы на фоне непрерывного звездного света. В таких холодных и плотных регионах блокируется большая часть света от звезды на заднем плане, а исключительная чувствительность Уэбба была необходима, чтобы обнаружить звездный свет и, следовательно, идентифицировать лед в молекулярном облаке» — говорят ученые.

Это исследование является частью проекта «Ледниковый период», одной из 13 научных программ Уэбба. Наблюдения предназначены для демонстрации наблюдательных возможностей Уэбба и позволяют астрономическому сообществу узнать, как получить максимальную отдачу от его инструментов. Команда «Ледникового периода» уже запланировала дальнейшие наблюдения и надеется проследить путь льдов от их образования до скопления ледяных комет.

Webb’s View of the Molecular Cloud Chameleon I (Annotated)