JWST phát hiện phân tử bị ion hóa có thể liên quan đến sự xuất hiện của sự sống – Physics World

JWST phát hiện phân tử bị ion hóa có thể liên quan đến sự xuất hiện của sự sống – Physics World

Dấu thời gian: 25:2023 sáng ngày 9 tháng 05 năm XNUMX

Các cation metyl trong d203-506
Vùng hình thành sao: hình ảnh từ Thiết bị hồng ngoại trung bình của JWST cho thấy một vùng nhỏ của Tinh vân Lạp Hộ. Ở trung tâm của hình ảnh này là d203-506, nơi các nhà thiên văn học đã quan sát thấy các cation metyl lần đầu tiên trong d203-506. (Được phép: ESA/Webb, NASA, CSA, M. Zamani (ESA/Webb) và Nhóm PDRs4All ERS)

Lần đầu tiên, các nhà thiên văn học đã quan sát thấy dấu hiệu của các cation metyl trong một đĩa hình thành hành tinh. Sử dụng Kính viễn vọng Không gian James Webb (JWST), một nhóm do Olivier Berne tại Đại học Toulouse đã chỉ ra rằng các cation metyl – một tiền chất quan trọng của hóa học hữu cơ phức tạp – được hình thành trong bức xạ cực tím cực mạnh phát ra từ các ngôi sao trẻ khối lượng lớn gần đó.

Vào những năm 1970, các nhà thiên văn học lần đầu tiên đề xuất rằng phân tử cation metyl (CH3+) có thể là tác nhân chính kích hoạt quá trình hóa học hữu cơ phức tạp trong không gian – một quá trình cuối cùng có thể dẫn đến sự xuất hiện của sự sống. Bằng chứng về CH3+ trong không gian có thể chỉ ra sự hiện diện của các phân tử lớn hơn – nhưng cho đến nay, sự kết hợp của nhiều yếu tố có nghĩa là CH3+ đã không được quan sát bên ngoài hệ mặt trời.

Thách thức chính đối với những người cố gắng quan sát ion là CH3+ không có momen lưỡng cực vĩnh viễn khiến nó không nhìn thấy được bằng kính viễn vọng vô tuyến. Ngoài ra, ion có thể được xác định từ các vạch quang phổ mà nó in trên bức xạ hồng ngoại. Tuy nhiên, những bước sóng này bị bầu khí quyển của Trái đất hấp thụ hoặc tán xạ mạnh, khiến chúng thực tế không thể nhìn thấy từ mặt đất.

Lùn đỏ trẻ

Từ quỹ đạo của nó phía trên Trái đất, JWST hiện đã phát hiện ra chữ ký quang phổ này trong một hệ thống có tên là d203-506, cách xa 1350 năm ánh sáng trong tinh vân Orion. Hệ thống bao gồm một ngôi sao lùn đỏ trẻ được bao quanh bởi một đĩa hình thành hành tinh.

Vì CH3+  rất khó nắm bắt, nhóm của Berné đã phải vật lộn để xác định chữ ký, nhưng nhóm cuối cùng đã xác định được đây là phát hiện đầu tiên về CH giữa các vì sao.3+. Thành viên nhóm giải thích: “Khám phá của chúng tôi chỉ có thể thực hiện được vì các nhà thiên văn học, nhà lập mô hình và nhà quang phổ học trong phòng thí nghiệm đã hợp lực để hiểu các đặc điểm độc đáo mà James Webb quan sát được”. Marie-Aline Martin-Drumel tại Đại học Paris-Saclay.

Kết quả đặc biệt hấp dẫn vì tinh vân Orion có rất nhiều ngôi sao trẻ, nặng, bao phủ d203-506 trong bức xạ cực tím mạnh. Dựa trên các dấu hiệu hóa học được tìm thấy trong thiên thạch, các nhà thiên văn học ngày nay tin rằng các hệ hành tinh như hệ mặt trời đã từng bị bắn phá với mức độ bức xạ tương tự. Bức xạ này có thể bắt nguồn từ những ngôi sao nặng, chẳng hạn như những ngôi sao hình thành từ cùng một đám mây vật chất đã tạo ra Mặt trời. Những ngôi sao khổng lồ này sau đó bị đốt cháy chỉ sau vài triệu năm.

Bức xạ hủy diệt

Mặc dù bức xạ cực tím cường độ cao có khả năng phá hủy các phân tử hữu cơ phức tạp, nhưng những kết quả mới nhất này cho thấy nó có thể cung cấp năng lượng cần thiết để ion hóa khí mê-tan, kích hoạt quá trình sản xuất CH3+. Một phát hiện thú vị khác là sự thiếu nước được phát hiện trong d203-506 – cũng có thể liên quan đến mức bức xạ cực tím cao.

Berné giải thích: “Điều này cho thấy rõ ràng rằng bức xạ cực tím có thể thay đổi hoàn toàn tính chất hóa học của đĩa tiền hành tinh. “Nó thực sự có thể đóng một vai trò quan trọng trong các giai đoạn hóa học ban đầu của nguồn gốc sự sống bằng cách giúp tạo ra CH3+ – điều mà trước đây có lẽ đã bị đánh giá thấp.”

Quá trình này có thể cho phép các phân tử phức tạp hơn xuất hiện sau này, một khi các ngôi sao nặng đã bị đốt cháy. Tại thời điểm này, các ion cuối cùng có thể tiếp tục hình thành axit amin, nucleotide và các khối xây dựng phân tử quan trọng khác của sự sống.

Nhìn chung, kết quả là một cột mốc quan trọng trong sự hiểu biết của chúng ta về hóa học của các hệ thống sao mới nổi. “Phát hiện này của CH3+ không chỉ xác nhận độ nhạy đáng kinh ngạc của [JWST] mà còn xác nhận tầm quan trọng trung tâm được thừa nhận của CH3+ trong hóa học giữa các vì sao,” Martin-Drumel nói. Khi JWST tiếp tục khám phá bầu trời, nhóm hy vọng kết quả của họ sẽ chỉ là bước khởi đầu cho một làn sóng khám phá tương tự mới.

Nghiên cứu được mô tả trong Thiên nhiên.

Dấu thời gian:

Thêm từ Thế giới vật lý