Десятилетия назад на основе лабораторных экспериментов ученые впервые предсказали наличие сложных органических молекул (СОМ) в протозвездах ранних стадий, где еще не сформировались планеты. Со временем космические телескопы провели наблюдения, подтверждающие эту теорию.
Теперь благодаря очень высокому спектральному разрешению и чувствительности прибора MIRI (Mid InfraRed Instrument) телескопа «Джеймс Уэбб» удалось идентифицировать в межзвездном льду двух протозвезд целый ряд молекул — от относительно простых, таких как метан, до сложных соединений, таких как уксусная кислота и этанол.
Результаты были получены в рамках программы JOYS+ (James Webb Observations of Young ProtoStars) и помогают найти новые подсказки для ответа на один из самых давних вопросов астрохимии: каково происхождение СОМ в космосе?
Органические молекулы в протозвездах
В рамках программы JOYS+ «Джеймс Уэбб» наблюдает более 30 протозвезд в среднем инфракрасном диапазоне с помощью MIRI. В частности, исследовательская группа под руководством Гарольда Линнарца из Лейденского университета сосредоточилась на изучении следов СОМ в замороженной фазе в двух протозвездах: маломассивной NGC 1333 IRAS 2A и высокомассивной IRAS 23385+6053.
Первая из них, IRAS 2A, представляет особый интерес для ученых, поскольку является звездой, похожей на первобытное Солнце, что может помочь нам узнать, какой была Солнечная система на ранних этапах своего существования, и как сложные органические молекулы распределялись и затем транспортировались на раннюю Землю.
По спектрам, полученным с помощью MIRI в диапазоне длин волн от 6,8 до 8,6 микрометров, команда обнаружила ацетальдегид, этанол, метилформиат и уксусную кислоту в твердой фазе, а также простые органические молекулы, такие как метан, муравьиная кислота, диоксид серы и формальдегид.
Спектр протозвезды IRAS 2A, полученный с помощью телескопа «Джеймс Уэбб». Включает сигнатуры ацетальдегида, этанола, метилформиата, уксусной кислоты в твердой фазе.
Диоксид серы, в частности, позволяет нам изучить баланс серы, имеющийся в протозвездах. Кроме того, он представляет пребиотический интерес, поскольку серосодержащие соединения играли важную роль в запуске метаболических реакций на ранней Земле.
Сложные органические молекулы в твердой фазе?
Ученые уже много лет пытаются понять, где образуются СОМ — в газовой фазе или в твердой, как лед. До сих пор некоторые СОМ были обнаружены в горячей газовой фазе. Теперь измерения MIRI позволяют предположить, что они могут возникать в результате сублимации льда, то есть перехода из твердого состояния в газообразное, без перехода в жидкую фазу.
Обнаружение СОМ во льду позволило ученым предположить, что твердофазные химические реакции на поверхности холодных пылевых зерен могут создавать сложные типы молекул. Это дает надежду на лучшее понимание происхождения еще более крупных молекул в космосе.
Обилие СОМ на разных стадиях эволюции маломассивных звездообразующих областей.
Теперь ученые хотят изучить, в какой степени эти СОМ переносятся к планетам на очень поздних стадиях эволюции протозвезд. На самом деле, СОМ во льду переносятся в планетообразующие диски более эффективно, чем газ из молекулярных облаков.
Затем эти ледяные СОМ могут быть унаследованы кометами и астероидами, которые, в свою очередь, могут столкнуться с формирующимися планетами. В этом случае СОМ могут быть доставлены на эти планеты, потенциально обеспечивая ингредиенты для процветания жизни.
С полным текстом исследования, опубликованным в журнале Astronomy & Astrophysics, можно ознакомиться здесь.
