Webb dévoile le côté obscur de la chimie de la glace pré-stellaire

23 janv.2023 (Actualités Nanowerk) Si vous voulez construire une planète habitable, les glaces sont un ingrédient vital car elles sont la principale source de plusieurs éléments clés - à savoir le carbone, l'hydrogène, l'oxygène, l'azote et le soufre (appelés ici CHONS). Ces éléments sont des ingrédients importants à la fois dans les atmosphères planétaires et dans les molécules comme les sucres, les alcools et les acides aminés simples. Une équipe internationale d'astronomes utilisant le télescope spatial James Webb de la NASA a obtenu un inventaire approfondi des glaces les plus profondes et les plus froides mesurées à ce jour dans un nuage moléculaire. En plus des glaces simples comme l'eau, l'équipe a pu identifier les formes congelées d'un large éventail de molécules, du sulfure de carbonyle, de l'ammoniac et du méthane, à la molécule organique complexe la plus simple, le méthanol. (Les chercheurs considéraient que les molécules organiques étaient complexes lorsqu'elles avaient six atomes ou plus.) Il s'agit du recensement le plus complet à ce jour des ingrédients glacés disponibles pour fabriquer les futures générations d'étoiles et de planètes, avant qu'elles ne soient chauffées lors de la formation de jeunes étoiles. Ces résultats ont été publiés dans Nature Astronomie ("Un inventaire JWST de l'ère glaciaire des glaces de nuages ​​​​moléculaires denses"). Cette image de la caméra proche infrarouge (NIRCam) du télescope spatial James Webb de la NASA présente la région centrale du nuage moléculaire sombre Chamaeleon I, qui se trouve à 630 années-lumière. Le matériau nuageux froid et vaporeux (bleu, au centre) est éclairé dans l'infrarouge par la lueur de la jeune protoétoile sortante Ced 110 IRS 4 (orange, en haut à gauche). La lumière de nombreuses étoiles d'arrière-plan, vues comme des points orange derrière le nuage, peut être utilisée pour détecter les glaces dans le nuage, qui absorbent la lumière des étoiles qui les traverse. Une équipe internationale d'astronomes a rapporté la découverte de diverses glaces dans les régions les plus sombres d'un nuage moléculaire froid mesuré à ce jour par l'étude de cette région. Ce résultat permet aux astronomes d'examiner les molécules glacées simples qui seront incorporées dans les futures exoplanètes, tout en ouvrant une nouvelle fenêtre sur l'origine de molécules plus complexes qui sont la première étape dans la création des éléments constitutifs de la vie. ( Image : NASA, ESA, ASC et M. Zamani (ESA). Sciences : f. Sun (Observatoire Steward), Z. Smith (Open University) et l'équipe Ice Age ERS) "Nos résultats donnent un aperçu de l'étape initiale de chimie sombre de la formation de glace sur les grains de poussière interstellaires qui se transformeront en cailloux centimétriques à partir desquels les planètes se forment dans disques », a déclaré Melissa McClure, astronome à l'Observatoire de Leiden aux Pays-Bas, qui est la chercheuse principale du programme d'observation et l'auteur principal de l'article décrivant ce résultat. "Ces observations ouvrent une nouvelle fenêtre sur les voies de formation des molécules simples et complexes qui sont nécessaires pour fabriquer les éléments constitutifs de la vie." En plus des molécules identifiées, l'équipe a trouvé des preuves de molécules plus complexes que le méthanol, et, bien qu'ils n'aient pas définitivement attribué ces signaux à des molécules spécifiques, cela prouve pour la première fois que des molécules complexes se forment dans les profondeurs glacées des nuages ​​moléculaires. avant la naissance des étoiles. "Notre identification de molécules organiques complexes, comme le méthanol et potentiellement l'éthanol, suggère également que les nombreux systèmes stellaires et planétaires se développant dans ce nuage particulier hériteront de molécules dans un état chimique assez avancé", a ajouté Will Rocha, astronome à l'observatoire de Leiden qui a contribué à cette découverte. "Cela pourrait signifier que la présence de précurseurs de molécules prébiotiques dans les systèmes planétaires est un résultat courant de la formation d'étoiles, plutôt qu'une caractéristique unique de notre propre système solaire." En détectant le sulfure de carbonyle de la glace contenant du soufre, les chercheurs ont pu estimer pour la première fois la quantité de soufre incrustée dans les grains de poussière pré-stellaires glacés. Bien que la quantité mesurée soit supérieure à celle précédemment observée, elle est toujours inférieure à la quantité totale attendue dans ce nuage, en fonction de sa densité. Ceci est également vrai pour les autres éléments CHONS. Un défi majeur pour les astronomes est de comprendre où ces éléments se cachent : dans les glaces, les matériaux ressemblant à de la suie ou les roches. La quantité de CHONS dans chaque type de matériau détermine la quantité de ces éléments qui se retrouvent dans les atmosphères des exoplanètes et la quantité dans leurs intérieurs. "Le fait que nous n'ayons pas vu tous les CHONS que nous attendons peut indiquer qu'ils sont enfermés dans des matériaux plus rocheux ou fuligineux que nous ne pouvons pas mesurer", a expliqué McClure. "Cela pourrait permettre une plus grande diversité dans la composition globale des planètes telluriques." La caractérisation chimique des glaces a été réalisée en étudiant comment la lumière des étoiles au-delà du nuage moléculaire était absorbée par des molécules glacées dans le nuage à des longueurs d'onde infrarouges spécifiques visibles par Webb. Ce processus laisse derrière lui des empreintes chimiques appelées raies d'absorption qui peuvent être comparées aux données de laboratoire pour identifier les glaces présentes dans le nuage moléculaire. Dans cette étude, l'équipe a ciblé des glaces enfouies dans une région particulièrement froide, dense et difficile à étudier du nuage moléculaire Chamaeleon I, une région à environ 500 années-lumière de la Terre qui est actuellement en train de former des dizaines de jeunes étoiles. "Nous n'aurions tout simplement pas pu observer ces glaces sans Webb", a expliqué Klaus Pontoppidan, scientifique du projet Webb au Space Telescope Science Institute de Baltimore, Maryland, qui a participé à cette recherche. "Les glaces apparaissent comme des creux sur un continuum de lumière stellaire en arrière-plan. Dans les régions aussi froides et denses, une grande partie de la lumière de l'étoile d'arrière-plan est bloquée, et la sensibilité exquise de Webb était nécessaire pour détecter la lumière des étoiles et donc identifier les glaces dans le nuage moléculaire. Cette recherche fait partie du projet Ice Age, l'un des 13 programmes Early Release Science de Webb. Ces observations sont conçues pour mettre en valeur les capacités d'observation de Webb et pour permettre à la communauté astronomique d'apprendre à tirer le meilleur parti de ses instruments. L'équipe Ice Age a déjà prévu d'autres observations et espère retracer le parcours des glaces depuis leur formation jusqu'à l'assemblage des comètes glacées. "Ce n'est que le premier d'une série d'instantanés spectraux que nous obtiendrons pour voir comment les glaces évoluent de leur synthèse initiale aux régions de formation de comètes des disques protoplanétaires", a conclu McClure.

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• La source: https://www.nanowerk.com/news2/space/newsid=62222.php