Observatório James Webb revela o lado obscuro da química do gelo proto-estelar

A descoberta de diversos gelos nas regiões mais escuras e frias de uma nuvem molecular [1] medida até o momento foi anunciada por uma equipe internacional de astrônomos usando o Telescópio Espacial James Webb da NASA/ESA/CSA. Este resultado permite aos astrônomos examinar as moléculas de gelo simples que serão incorporadas em futuros exoplanetas, enquanto abre uma nova janela sobre a origem de moléculas mais complexas que são o primeiro passo na criação dos blocos de construção da vida.

https://esawebb.org/images/weic2303a/
Esta imagem da NASA/ESA/CSA James Webb Space Telescope’s Near-InfraRed Camera (NIRCam) apresenta a região central da nuvem molecular escura Chameleon I, que reside a 630 anos-luz de distância. O material frio e fino da nuvem (azul, centro) é iluminado no infravermelho pelo brilho da jovem protoestrela Ced 110 IRS 4 (laranja, canto superior esquerdo). A luz de numerosas estrelas de fundo, vistas como pontos laranja atrás da nuvem, pode ser usada para detectar gelos na nuvem, que absorvem a luz estelar que passa por eles. Uma equipe internacional de astrônomos relatou a descoberta de diversos gelos nas regiões mais escuras e frias de uma nuvem molecular medida até o momento pelo estudo dessa região. Este resultado permite aos astrônomos examinar as moléculas de gelo simples que serão incorporadas em futuros exoplanetas, enquanto abre uma nova janela sobre a origem de moléculas mais complexas que são o primeiro passo na criação dos blocos de construção da vida. Créditos: NASA, ESA, CSA e M. Zamani (ESA/Webb); Ciência: F. Sun (Observatório Steward), Z. Smith (Universidade Aberta) e a Equipe ERS da Era do Gelo.

Se você deseja construir um planeta habitável, os gelos são um ingrediente vital, pois são os principais portadores de vários elementos-chave mais leves, ou seja, carbono, hidrogênio, oxigênio, nitrogênio e enxofre (referidos coletivamente como CHONS). Esses elementos são ingredientes importantes tanto em atmosferas planetárias quanto em moléculas como açúcares, álcoois e aminoácidos simples. Em nosso Sistema Solar, acredita-se que eles foram lançados na superfície da Terra por impactos com cometas ou asteróides gelados. Além disso, os astrônomos acreditam que tais gelos provavelmente já estavam presentes na nuvem escura de poeira fria e gás que eventualmente entraria em colapso para formar o Sistema Solar. Nessas regiões do espaço, grãos de poeira gelada fornecem um cenário único para átomos e moléculas se encontrarem, o que pode desencadear reações químicas que formam substâncias muito comuns como a água. Estudos laboratoriais detalhados mostraram ainda que algumas moléculas prebióticas simples podem se formar sob essas condições geladas.

Agora, um inventário detalhado dos gelos mais profundos e frios medidos até agora em uma nuvem molecular [1] foi anunciado por uma equipe internacional de astrônomos usando o Telescópio Espacial James Webb da NASA/ESA/CSA. Além de gelos simples como a água, a equipe conseguiu identificar formas congeladas de uma ampla gama de moléculas, desde sulfeto de carbonila, amônia e metano, até a molécula orgânica complexa mais simples, o metanol (no meio interestelar, as moléculas orgânicas são consideradas ser complexo quando tiver seis ou mais átomos). Este é o censo mais abrangente até o momento dos ingredientes gelados disponíveis para formar as futuras gerações de estrelas e planetas, antes de serem aquecidos durante a formação de estrelas jovens. Esses grãos de gelo crescem em tamanho à medida que são canalizados para os discos protoplanetários de gás e poeira ao redor dessas estrelas jovens, essencialmente permitindo aos astrônomos estudar todas as potenciais moléculas de gelo que serão incorporadas em futuros exoplanetas.

Melissa McClure, astrônoma do Observatório de Leiden, investigadora principal do programa de observação e autora principal do artigo que descreve este resultado, explicou:

Nossos resultados fornecem informações sobre o estágio inicial de química escura da formação de gelo nos grãos de poeira interestelar que se transformarão em seixos de tamanho centimétrico a partir dos quais os planetas se formam em discos. Essas observações abrem uma nova janela nos caminhos de formação para as moléculas simples e complexas necessárias para fazer os blocos de construção da vida.

Melissa McClure

Além das moléculas identificadas, a equipe encontrou evidências de moléculas prebióticas mais complexas que o metanol nessas densas nuvens de gelo e, embora não tenham atribuído definitivamente esses sinais a moléculas específicas, isso prova pela primeira vez que moléculas complexas se formam em as profundezas geladas das nuvens moleculares antes do nascimento das estrelas.

Will Rocha, astrônomo do Observatório de Leiden, que contribuiu a esta descoberta, acrescentou:

Nossa identificação de moléculas orgânicas complexas, como metanol e potencialmente etanol, também sugere que os muitos sistemas estelares e planetários que se desenvolvem nesta nuvem em particular herdarão moléculas em um estado químico bastante avançado. Isso pode significar que a presença de moléculas prebióticas em sistemas planetários é um resultado comum da formação estelar, e não uma característica única do nosso próprio Sistema Solar.

Will Rocha

Ao detectar o sulfeto de carbonila do gelo contendo enxofre, os pesquisadores foram capazes de estimar a quantidade de enxofre incorporada nos grãos de poeira pré-estelares gelados pela primeira vez. Embora a quantidade medida seja maior do que a observada anteriormente, ainda é menor do que a quantidade total esperada nesta nuvem, com base em sua densidade. Isso também é verdade para os outros elementos CHONS. Um dos principais desafios para os astrônomos é entender onde esses elementos estão escondidos: no gelo, em materiais semelhantes à fuligem ou nas rochas. A quantidade de CHONS em cada tipo de material determina quanto desses elementos acabam nas atmosferas dos exoplanetas e quanto em seus interiores.

O fato de não termos visto todos os CHONS que esperávamos pode indicar que eles estão presos em materiais mais rochosos ou fuliginosos que não podemos medir. Isso poderia permitir uma maior diversidade na composição geral dos planetas terrestres.

Melissa McClure
https://esawebb.org/images/weic2303b/
Uma grande nuvem escura está contida dentro do quadro. Em sua metade superior, é texturizado como fumaça e tem pequenas lacunas, enquanto na parte inferior e nas laterais desaparece gradualmente. À esquerda estão várias estrelas laranja: três cada uma com seis pontas grandes e uma atrás da nuvem que a colore de azul claro e laranja. Muitas estrelas minúsculas são visíveis e o fundo é preto. As duas estrelas de fundo usadas neste estudo, NIR38 e J110621, estão indicadas na imagem. Créditos: NASA, ESA, CSA e M. Zamani (ESA/Webb); Ciência: F. Sun (Observatório Steward), Z. Smith (Universidade Aberta) e a Equipe ERS da Era do Gelo.

Os gelos foram detectados e medidos estudando como a luz das estrelas além da nuvem molecular [1] foi absorvida por moléculas de gelo em comprimentos de onda infravermelhos específicos visíveis para Webb. Esse processo deixa para trás impressões digitais conhecidas como espectros de absorção, que podem ser comparados com dados de laboratório para identificar quais gelos estão presentes na nuvem molecular. Neste estudo, a equipe mirou gelos enterrados em uma região particularmente fria, densa e difícil de investigar da nuvem molecular Chameleon I, uma região a 631 anos-luz da Terra que está atualmente em processo de formação de dezenas de estrelas jovens.

Klaus Pontoppidan, cientista do projeto Webb no Space Telescope Science Institute, que esteve envolvido nesta pesquisa, elaborou:

Simplesmente não poderíamos ter observado esses gelos sem o Webb. Os gelos aparecem como depressões contra um continuum de luz estelar de fundo. Em regiões tão frias e densas, grande parte da luz da estrela de fundo é bloqueada e a sensibilidade refinada de Webb foi necessária para detectar a luz das estrelas e, portanto, identificar os gelos na nuvem molecular.

Klaus Pontoppidan

Esta pesquisa faz parte do projeto Ice Age, um dos 13 programas Early Release Science do Webb. Essas observações são projetadas para mostrar as capacidades de observação do Webb e permitir que a comunidade astronômica aprenda como obter o melhor de seus instrumentos. A equipe da Era do Gelo já planejou outras observações e espera traçar a jornada dos gelos desde sua formação até a montagem de cometas gelados.

Este é apenas o primeiro de uma série de instantâneos espectrais que obteremos para ver como os gelos evoluem desde sua síntese inicial até as regiões formadoras de cometas dos discos protoplanetários. Isso nos dirá qual mistura de gelo – e, portanto, quais elementos – pode eventualmente ser entregue às superfícies de exoplanetas terrestres ou incorporado nas atmosferas de planetas gigantes de gás ou gelo.

Melissa McClure
https://esawebb.org/images/weic2303c/
Os astrônomos fizeram um inventário dos gelos mais profundamente embutidos em uma nuvem molecular fria até o momento. Eles usaram a luz de uma estrela de fundo, chamada NIR38, para iluminar a nuvem escura chamada Chameleon I. O gelo dentro da nuvem absorveu certos comprimentos de onda da luz infravermelha, deixando impressões digitais espectrais chamadas linhas de absorção. Essas linhas indicam quais substâncias estão presentes na nuvem molecular. Esses gráficos mostram dados espectrais de três dos instrumentos do Telescópio Espacial James Webb. Além de gelos simples como a água, a equipe científica conseguiu identificar formas congeladas de uma ampla gama de moléculas, desde dióxido de carbono, amônia e metano até a molécula orgânica complexa mais simples, o metanol. Além das moléculas identificadas, a equipe encontrou evidências de moléculas prebióticas mais complexas que o metanol (indicadas no painel inferior direito). Embora eles não tenham atribuído definitivamente esses sinais a moléculas específicas, isso prova pela primeira vez que moléculas complexas se formam nas profundezas geladas das nuvens moleculares antes do nascimento das estrelas. Os painéis superiores e o painel inferior esquerdo mostram o brilho da estrela de fundo em relação ao comprimento de onda. Um brilho mais baixo indica absorção por gelos e outros materiais na nuvem molecular. O painel inferior direito exibe a profundidade óptica, que é essencialmente uma medida logarítmica de quanta luz da estrela de fundo é absorvida pelos gelos na nuvem. É usado para destacar características espectrais mais fracas de variedades de gelo menos abundantes. Créditos: NASA, ESA, CSA e J. Olmsted (STScI), M. K. McClure (Leiden Observatory), K. Pontoppidan (STScI), N. Crouzet (Leiden University) e Z. Smith (Open University)

O Webb é o maior e mais poderoso telescópio já lançado no espaço. Em acordo de colaboração internacional, a ESA forneceu o serviço de lançamento do telescópio, utilizando o veículo de lançamento Ariane 5. Trabalhando com parceiros, a ESA foi responsável pelo desenvolvimento e qualificação das adaptações do Ariane 5 para a missão Webb e pela aquisição do serviço de lançamento pela Arianespace. A ESA também forneceu o poderoso espectrógrafo NIRSpec e 50% do instrumento de infravermelho médio MIRI, que foi projetado e construído por um consórcio de institutos europeus financiados nacionalmente (The MIRI European Consortium) em parceria com o JPL e a Universidade do Arizona.

Webb é uma parceria internacional entre a NASA, a ESA e a Agência Espacial Canadense (CSA).

Nota

[1] Uma nuvem molecular é uma vasta nuvem interestelar de gás e poeira na qual moléculas podem se formar, como hidrogênio e monóxido de carbono. Aglomerados frios e densos em nuvens moleculares com densidades mais altas do que seus arredores podem ser locais de formação estelar se esses aglomerados colapsarem para formar protoestrelas.

Fontes

Webb Space Telescope: Webb Unveils Dark Side of Pre-stellar Ice Chemistry

ESA/WEBB: weic2303 — Science Release – Webb Unveils Dark Side of Pre-stellar Ice Chemistry

Artigo Científico (Nature Astronomy): An Ice Age JWST inventory of dense molecular cloud ices

._._.

2301.09140-An-Ice-Age-JWST-inventory-of-dense-molecular-cloud-ices

Deixe uma resposta

Esse site utiliza o Akismet para reduzir spam. Aprenda como seus dados de comentários são processados.

error: Esse blog é protegido!