Webb של נאס"א חושף קוקטייל קוסמי: אתנול ואלמנטים קפואים של עולמות חדשים

צוות בינלאומי של אסטרונומים המשתמש ב- נאס"א/ESA/CSA טלסקופ החלל ג'יימס ווב גילו מגוון של מולקולות, החל ממולקולות פשוטות יחסית כמו מתאן ועד תרכובות מורכבות כמו אצטית חוּמצָה ואתנול, בשלב מוקדם של פרוטוסטארים שבהם עדיין לא נוצרו כוכבי לכת. אלו הם מרכיבי מפתח ליצירת עולמות פוטנציאליים למגורים.

נוכחות של מולקולות אורגניות מורכבות (COMs)⁽¹⁾ בשלב המוצק בפרוטוסטארים נחזה לראשונה לפני עשרות שנים מניסויי מעבדה, וגילויים טנטטיביים של מולקולות אלה נעשו על ידי טלסקופי חלל אחרים. זה כולל את תוכנית עידן הקרח המדע של Webb לשחרור מוקדם, שגילתה קרח מגוונים באזורים האפלים והקרים ביותר של ענן מולקולרי שנמדד עד כה.

התגליות החדשות של טלסקופ ווב

כעת, עם הרזולוציה הספקטרלית חסרת התקדים והרגישות של כלי האינפרה האדום האמצעי (MIRI) של Webb, כחלק מתוכנית JOYS+ (James Webb Observations of Young ProtoStars), ה-COMs הללו זוהו בנפרד ואושרו שהם נמצאים בקרח הבין-כוכבי. זה כולל זיהוי חזק של אצטלדהיד, אתנול (מה שאנו מכנים אלכוהול), מתיל פורמט, וכנראה חומצה אצטית (החומצה בחומץ), בשלב המוצק.

"ממצא זה תורם לאחת השאלות ארוכות השנים באסטרוכימיה", אמר מנהיג הצוות וויל רושה מאוניברסיטת ליידן בהולנד. "מה המקור של COMs בחלל? האם הם מיוצרים בשלב הגז או בקרח? זיהוי COMs בקרח מצביע על כך שתגובות כימיות בשלב מוצק על פני השטח של גרגרי אבק קר יכולות לבנות סוגים מורכבים של מולקולות."

המשמעות של COM-Phase Solid Phase

מכיוון שמספר COMs, כולל אלו שהתגלו בשלב המוצק במחקר זה, זוהו בעבר בשלב הגז החם, כיום מאמינים שהם מקורם בסובלימציה של קרח. סובלימציה היא לעבור ישירות ממוצק לגז מבלי להפוך לנוזל. לכן, זיהוי COMs בקרח גורם לאסטרונומים לפתח תקווה לפתח הבנה משופרת של מקורותיהן של מולקולות אחרות אפילו גדולות יותר בחלל.

הרולד לינרץ⁽²⁾ הוביל את המעבדה לאסטרופיזיקה בליידן במשך שנים רבות ותיאמה את המדידות של הנתונים ששימשו במחקר זה. Ewine van Dishoeck מאוניברסיטת ליידן, אחד הרכזים של תוכנית JOYS+, שיתף, "הרולד שמח במיוחד שבמשימות ה-COM העבודה יכולה למלא תפקיד חשוב, שכן זה היה הרבה זמן להגיע לכאן."

מדענים גם להוטים לחקור באיזו מידה COMs אלה מועברים לכוכבי לכת בשלבים מאוחרים בהרבה בהתפתחות הפרוטוסטאר. COMs בקרח מועברים ביעילות רבה יותר לתוך דיסקים היוצרים כוכבי לכת מאשר גז מעננים. ה-COM הקפואים הללו יכולים להיות בירושה על ידי שביטים ואסטרואידים אשר בתורם עלולים להתנגש בכוכבי לכת בהיווצרותם. בתרחיש זה ניתן להעביר COMs לאותם כוכבי לכת, מה שעלול לספק את המרכיבים לשגשוג החיים.

הקשר אסטרוכימי רחב יותר

צוות המדע זיהה גם מולקולות פשוטות יותר, כולל מתאן, חומצה פורמית (הגורמת לעקיצת נמלים לכאוב), דו תחמוצת הגופרית ופורמלדהיד. דו תחמוצת הגופרית בפרט מאפשרת לצוות לחקור את תקציב הגופרית הזמין בפרוטוסטארים. בנוסף, יש לזה עניין פרה-ביוטי מכיוון שמחקרים קיימים מראים שתרכובות המכילות גופרית מילאו תפקיד חשוב בהנעת תגובות מטבוליות על כדור הארץ הפרימיטיבי. כמו כן התגלו יונים שליליים;⁽³⁾ הם מהווים חלק ממלחים שהם חיוניים לפיתוח מורכבות כימית נוספת בטמפרטורות גבוהות יותר. זה מצביע על כך שהקרח עשוי להיות הרבה יותר מורכב ודורש מחקר נוסף.

מעניין במיוחד הוא שאחד המקורות שנחקרו, IRAS 2A, מאופיין כפרוטוסטאר בעל מסה נמוכה. ל-IRAS 2A עשוי להיות דמיון עם השלבים הקדמוניים של מערכת השמש שלנו. אם זה המקרה, הכימיקל מִין ייתכן שזוהו בפרוטוסטאר זה היו נוכחים בשלבי הפיתוח הראשונים של מערכת השמש שלנו ומאוחר יותר נמסרו לכדור הארץ הפרימיטיבי.

כל המולקולות הללו יכולות להפוך לחלק משביטים ואסטרואידים ובסופו של דבר ממערכות פלנטריות חדשות כאשר החומר הקפוא מועבר פנימה אל הדיסקים היוצרים כוכבי הלכת בזמן שהמערכת הפרוטוסטלית מתפתחת", אמר ואן דישוק. "אנו מצפים לעקוב אחר המסלול האסטרוכימי הזה צעד אחר צעד עם נתונים נוספים של Webb בשנים הקרובות."

עבודה אחרונה אחרת של Pooneh Nazari ממצפה הכוכבים בליידן מעלה גם תקוות של אסטרונומים למצוא מורכבות רבה יותר בקרח, בעקבות הזיהוי הטנטטיבי של מתיל ציאניד ואתיל ציאניד מנתוני Webb NIRSpec. נזרי אומר, "זה מרשים כיצד ווב מאפשר לנו כעת לחקור את כימיית הקרח עד לרמה של ציאנידים, מרכיבים חשובים בכימיה פרה-ביוטית."

הערות

1. מולקולה היא חלקיק המורכב משני אטומים או יותר המוחזקים יחד בקשרים כימיים. מולקולה אורגנית מורכבת היא מולקולה בעלת מספר אטומי פחמן.
2. תוצאות אלו מוקדשות לחבר הצוות פרופסור הרולד לינרץ, שנפטר במפתיע בדצמבר 2023, זמן קצר לאחר קבלת מאמר זה. לינארץ תרם תרומה משמעותית לחקר מולקולות גזים וקפואות בחלל. הוא היה מנהל מעבדת ליידן לאסטרופיזיקה ורבים מהספקטרום של שלב הקרח של מולקולות פשוטות ומורכבות ששימשו במחקר זה נאספו על ידי סטודנטים בהנחייתו. Linnartz היה נפעם מאיכות נתוני Webb ומהמשמעות של תוצאות אלה עבור אסטרוכימיה.
3. יון הוא אָטוֹם או מולקולה בעלת מטען חשמלי כולל, הנובע מעודף או גירעון במספר האלקטרונים השליליים בהשוואה למספר הפרוטונים החיוביים ביון. יון שלילי הוא יון עם מטען שלילי נטו (לכן עודף של אלקטרונים).

עוד מידע

תצפיות אלו נלקחו כחלק מתוכנית JOYS+ (James Webb Observations of Young ProtoStars), בתיאום על ידי Ewine van Dishoeck מאוניברסיטת ליידן בהולנד, ומייקל רסלר ממעבדת ההנעה הסילון של נאס"א. את המחקר הובילה אוניברסיטת וויל רושה ליידן. מחקרי הציאנט נעשו כחלק מתוכנית IPA (חקירת הצטברות פרוטוכוכבים), בתיאום טום מגאת' מאוניברסיטת טולדו.

ווב הוא הטלסקופ הגדול והחזק ביותר ששוגר אי פעם לחלל. במסגרת הסכם שיתוף פעולה בינלאומי, ESA סיפקה את שירות השיגור של הטלסקופ, באמצעות כלי השיגור Ariane 5. בעבודה עם שותפים, ESA הייתה אחראית על הפיתוח וההסמכה של התאמות Ariane 5 למשימת Webb ועל רכישת שירות השיגור על ידי Arianespace. ESA סיפקה גם את ספקטרוגרף סוס העבודה NIRSpec ו-50% ממכשיר האינפרא אדום האמצעי MIRI, שתוכנן ונבנה על ידי קונסורציום של מכונים אירופיים במימון לאומי (The MIRI European Consortium) בשיתוף עם JPL ואוניברסיטת אריזונה.

Webb היא שותפות בינלאומית בין נאס"א, ESA וסוכנות החלל הקנדית (CSA).