Webb revela el lado oscuro de la química del hielo preestelar
Si desea construir un planeta habitable, los hielos son un ingrediente vital porque son la principal fuente de varios elementos clave, a saber, carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y azufre (referidos aquí como CHONS). Estos elementos son ingredientes importantes tanto en las atmósferas planetarias como en moléculas como azúcares, alcoholes y aminoácidos simples.
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| Esta imagen de la cámara de infrarrojo cercano (NIRCam) del telescopio espacial James Webb de la NASA presenta la región central de la nube molecular oscura Chamaeleon I, que reside a 630 años luz de distancia. El material de la nube fría y tenue (azul, centro) está iluminado en el infrarrojo por el resplandor de la joven protoestrella Ced 110 IRS 4 (naranja, arriba a la izquierda). La luz de numerosas estrellas de fondo, vistas como puntos naranjas detrás de la nube, se puede utilizar para detectar hielos en la nube, que absorben la luz de las estrellas que pasa a través de ellos. Un equipo internacional de astrónomos ha informado del descubrimiento de diversos hielos en las regiones más oscuras de una nube molecular fría medida hasta la fecha mediante el estudio de esta región. Este resultado permite a los astrónomos examinar las moléculas heladas simples que se incorporarán a los futuros exoplanetas, al tiempo que abre una nueva ventana sobre el origen de moléculas más complejas que son el primer paso en la creación de los componentes básicos de la vida. Créditos IMAGEN: NASA, ESA, CSA CIENCIA: Fengwu Sun (Observatorio Steward), Zak Smith (Universidad Abierta), Equipo IceAge ERS PROCESAMIENTO DE IMÁGENES: M. Zamani (ESA/Webb) |
Un equipo internacional de astrónomos que utiliza el Telescopio Espacial James Webb de la NASA ha obtenido un inventario detallado de los hielos más profundos y fríos medidos hasta la fecha en una nube molecular. Además de hielos simples como el agua, el equipo pudo identificar formas congeladas de una amplia gama de moléculas, desde sulfuro de carbonilo, amoníaco y metano, hasta la molécula orgánica compleja más simple, el metanol. (Los investigadores consideraron que las moléculas orgánicas eran complejas cuando tenían seis o más átomos). Este es el censo más completo hasta la fecha de los ingredientes helados disponibles para hacer futuras generaciones de estrellas y planetas, antes de que se calienten durante la formación de estrellas jóvenes.
"Nuestros resultados brindan información sobre la etapa química oscura inicial de la formación de hielo en los granos de polvo interestelar que se convertirán en guijarros de un centímetro a partir de los cuales se forman los planetas en discos", dijo Melissa McClure, astrónoma del Observatorio de Leiden en el Países Bajos, quien es el investigador principal del programa de observación y autor principal del artículo que describe este resultado. “Estas observaciones abren una nueva ventana sobre las vías de formación de las moléculas simples y complejas que se necesitan para fabricar los componentes básicos de la vida”.
Además de las moléculas identificadas, el equipo encontró evidencia de moléculas más complejas que el metanol y, aunque definitivamente no atribuyeron estas señales a moléculas específicas, esto prueba por primera vez que las moléculas complejas se forman en las heladas profundidades de las nubes moleculares. antes de que nazcan las estrellas.
"Nuestra identificación de moléculas orgánicas complejas, como el metanol y potencialmente el etanol, también sugiere que muchos sistemas estelares y planetarios que se desarrollan en esta nube en particular heredarán moléculas en un estado químico bastante avanzado", agregó Will Rocha, astrónomo del Observatorio de Leiden que contribuyó. a este descubrimiento. "Esto podría significar que la presencia de precursores de moléculas prebióticas en los sistemas planetarios es un resultado común de la formación de estrellas, en lugar de una característica única de nuestro propio sistema solar".
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| Los astrónomos han hecho un inventario de los hielos más profundamente incrustados en una nube molecular fría hasta la fecha. Usaron la luz de una estrella de fondo, llamada NIR38, para iluminar la nube oscura llamada Chamaeleon I. Los hielos dentro de la nube absorbieron ciertas longitudes de onda de luz infrarroja, dejando huellas espectrales llamadas líneas de absorción. Estas líneas indican qué sustancias están presentes dentro de la nube molecular. Estos gráficos muestran datos espectrales de tres de los instrumentos del telescopio espacial James Webb. Además de hielos simples como el agua, el equipo científico pudo identificar formas congeladas de una amplia gama de moléculas, desde dióxido de carbono, amoníaco y metano, hasta la molécula orgánica compleja más simple, el metanol. Además de las moléculas identificadas, el equipo encontró evidencia de moléculas más complejas que el metanol (indicadas en el panel inferior derecho). Aunque no atribuyeron definitivamente estas señales a moléculas específicas, esto prueba por primera vez que las moléculas complejas se forman en las profundidades heladas de las nubes moleculares antes de que nazcan las estrellas. Los paneles superior e inferior izquierdo muestran el brillo de la estrella de fondo en función de la longitud de onda. Un brillo más bajo indica absorción por hielos y otros materiales en la nube molecular. El panel inferior derecho muestra la profundidad óptica, que es esencialmente una medida logarítmica de cuánta luz de la estrella de fondo es absorbida por los hielos en la nube. Se utiliza para resaltar características espectrales más débiles de variedades de hielo menos abundantes. Créditos ILUSTRACIÓN: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI) CIENCIA: Klaus Pontoppidan (STScI), Nicolas M. Crouzet (LEI), Zak Smith (The Open University), Melissa McClure (Observatorio de Leiden) |
Al detectar el sulfuro de carbonilo del hielo que contiene azufre, los investigadores pudieron estimar la cantidad de azufre incrustado en los granos de polvo preestelares helados por primera vez. Si bien la cantidad medida es mayor que la observada anteriormente, aún es menor que la cantidad total que se espera que esté presente en esta nube, según su densidad. Esto también es cierto para los otros elementos de CHONS. Un desafío clave para los astrónomos es comprender dónde se esconden estos elementos: en hielos, materiales similares al hollín o rocas. La cantidad de CHONS en cada tipo de material determina cuánto de estos elementos acaban en las atmósferas de los exoplanetas y cuánto en sus interiores.
"El hecho de que no hayamos visto todos los CHONS que esperábamos puede indicar que están encerrados en más materiales rocosos o con hollín que no podemos medir", explicó McClure. "Esto podría permitir una mayor diversidad en la composición general de planetas terrestres."
La caracterización química de los hielos se logró estudiando cómo la luz de las estrellas más allá de la nube molecular fue absorbida por las moléculas heladas dentro de la nube en longitudes de onda infrarrojas específicas visibles para Webb. Este proceso deja huellas químicas conocidas como líneas de absorción que pueden compararse con datos de laboratorio para identificar qué hielos (moléculas congeladas) están presentes en la nube molecular. En este estudio, el equipo se centró en los hielos enterrados en una región particularmente fría, densa y difícil de investigar de la nube molecular Chamaeleon I, una región a unos 630 años luz de la Tierra que actualmente se encuentra en proceso de formación de docenas de jóvenes. estrellas.
"Simplemente no podríamos haber observado estos hielos sin Webb", explicó Klaus Pontoppidan, científico del proyecto Webb en el Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial en Baltimore, Maryland, quien participó en esta investigación. “Los hielos aparecen como depresiones contra un continuo de luz estelar de fondo. En regiones que son así de frías y densas, gran parte de la luz de la estrella de fondo está bloqueada, y la exquisita sensibilidad de Webb fue necesaria para detectar la luz de las estrellas y, por lo tanto, identificar los hielos en la nube molecular”.
Esta investigación forma parte del proyecto Ice Age, uno de los 13 programas de ciencia de lanzamiento temprano de Webb. Estas observaciones están diseñadas para mostrar las capacidades de observación de Webb y permitir que la comunidad astronómica aprenda a sacar el máximo partido de sus instrumentos. El equipo de Ice Age ya ha planeado más observaciones y espera rastrear el viaje de los hielos desde su formación hasta el ensamblaje de los cometas helados.
“Esta es solo la primera de una serie de instantáneas espectrales que obtendremos para ver cómo evolucionan los hielos desde su síntesis inicial hasta las regiones de formación de cometas de los discos protoplanetarios”, concluyó McClure. "Esto nos dirá qué mezcla de hielos, y por lo tanto qué elementos, pueden eventualmente ser entregados a las superficies de los exoplanetas terrestres o incorporados a las atmósferas de los planetas gigantes de gas o hielo".
Nota del editor, 25 de enero de 2023: La siguiente historia se actualizó para aclarar que la región central de la nube molecular oscura Chamaeleon I se encuentra a 630 años luz de distancia.
Estos resultados fueron publicados en la edición del 23 de enero de Nature Astronomy.
Artículo en Nature Astronomy: "An Ice Age JWST inventory of dense molecular cloud ices" por M. K. McClure et al., enlace artículo.
Contactos con los medios
Laura Betz
Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA, Greenbelt, Maryland.
Betania Downer
Director de Comunicaciones Científicas de ESA/Webb
Cristina Pulliam
Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial, Baltimore, Maryland.
Última actualización: 25 de enero de 2023, enlace publicación
Montaje: Jamie Adkins
