JWST dostrzega zjonizowaną cząsteczkę, która może być zaangażowana w pojawienie się życia – Physics World

JWST dostrzega zjonizowaną cząsteczkę, która może być zaangażowana w pojawienie się życia – Physics World

Znacznik czasu: 25 lipca 2023 9:05

Kationy metylowe w d203-506
Obszar formowania się gwiazd: obraz z instrumentu Mid-Infrared Instrument JWST pokazuje mały obszar Mgławicy Oriona. W centrum tego zdjęcia znajduje się d203-506, gdzie astronomowie po raz pierwszy zaobserwowali kationy metylowe w d203-506. (Dzięki uprzejmości: ESA/Webb, NASA, CSA, M. Zamani (ESA/Webb) i zespół PDRs4All ERS)

Po raz pierwszy astronomowie zaobserwowali sygnaturę kationów metylowych w dysku protoplanetarnym. Korzystając z Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba (JWST), zespół kierowany przez Oliviera Berné na Uniwersytecie w Tuluzie wykazał, że kationy metylowe – ważny prekursor złożonej chemii organicznej – powstają w intensywnym promieniowaniu ultrafioletowym emitowanym przez pobliskie masywne młode gwiazdy.

W latach siedemdziesiątych astronomowie po raz pierwszy zaproponowali, że cząsteczka kationu metylu (CH3+) może być kluczowym czynnikiem wyzwalającym złożoną chemię organiczną w kosmosie – proces, który może ostatecznie doprowadzić do powstania życia. Dowód CH3+ w kosmosie może wskazywać na obecność większych cząsteczek – ale jak dotąd kombinacja czynników oznaczała, że ​​CH3+ nie zaobserwowano poza Układem Słonecznym.

Głównym wyzwaniem stojącym przed tymi, którzy próbują obserwować jon, jest to, że CH3+ nie ma stałego momentu dipolowego, co czyni go niewidocznym dla radioteleskopów. Alternatywnie jon można zidentyfikować na podstawie linii spektroskopowych, które odciska na promieniowaniu podczerwonym. Jednak te długości fal są silnie absorbowane lub rozpraszane przez ziemską atmosferę, co praktycznie uniemożliwia ich obserwację z Ziemi.

Młody czerwony karzeł

Z orbity wysoko nad Ziemią JWST wykrył teraz tę spektroskopową sygnaturę w układzie o nazwie d203-506, który znajduje się 1350 lat świetlnych stąd w mgławicy Oriona. Układ składa się z młodego czerwonego karła otoczonego dyskiem planetotwórczym.

Ponieważ CH3+  była tak nieuchwytna, zespół Berné miał trudności ze zidentyfikowaniem sygnatury, ale zespół ostatecznie zidentyfikował ją jako pierwszą w historii wykrycie międzygwiezdnej CH3+. „Nasze odkrycie było możliwe tylko dlatego, że astronomowie, modelarze i spektroskopiści laboratoryjni połączyli siły, aby zrozumieć unikalne cechy obserwowane przez Jamesa Webba” — wyjaśnia członek zespołu Marie-Aline Martin-Drumel na Uniwersytecie Paris-Saclay.

Wynik jest szczególnie fascynujący, ponieważ mgławica Oriona jest zatłoczona młodymi, masywnymi gwiazdami, które kąpią d203-506 w intensywnym promieniowaniu ultrafioletowym. Opierając się na sygnaturach chemicznych znalezionych w meteorytach, astronomowie obecnie powszechnie wierzą, że układy planetarne, takie jak Układ Słoneczny, były kiedyś bombardowane podobnymi poziomami promieniowania. Promieniowanie to mogło pochodzić od masywnych gwiazd, takich jak te, które powstały z tego samego obłoku materii, który stworzył Słońce. Te ogromne gwiazdy następnie wypaliły się po zaledwie kilku milionach lat.

Niszczące promieniowanie

Chociaż intensywne promieniowanie ultrafioletowe jest destrukcyjne dla złożonych cząsteczek organicznych, najnowsze wyniki sugerują, że może ono dostarczyć energii potrzebnej do jonizacji metanu, wyzwalając produkcję CH3+. Kolejnym interesującym odkryciem był brak wody wykryty w d203-506 – co może być również związane z wysokim poziomem promieniowania ultrafioletowego.

„To wyraźnie pokazuje, że promieniowanie ultrafioletowe może całkowicie zmienić chemię dysku protoplanetarnego” – wyjaśnia Berné. „Może faktycznie odgrywać kluczową rolę we wczesnych etapach chemicznych początków życia, pomagając w produkcji CH3+ – coś, co być może wcześniej było niedoceniane.”

Proces ten może umożliwić późniejsze pojawienie się bardziej złożonych cząsteczek, gdy masywne gwiazdy wypalą się. W tym momencie jony mogą ostatecznie tworzyć aminokwasy, nukleotydy i inne kluczowe molekularne elementy budulcowe życia.

W sumie wynik jest kluczowym kamieniem milowym w naszym zrozumieniu chemii powstających układów gwiezdnych. „To wykrycie CH3+ nie tylko potwierdza niewiarygodną wrażliwość [JWST], ale także potwierdza postulowane centralne znaczenie CH3+ w chemii międzygwiezdnej” — mówi Martin-Drumel. Ponieważ JWST kontynuuje eksplorację nieba, zespół ma nadzieję, że ich wyniki będą dopiero początkiem nowej fali podobnych odkryć.

Badania opisano w Natura.

Znak czasu:

Więcej z Świat Fizyki