Джеймс Вебб знайшов елементарні будівельні блоки життя в глибинах найтемнішого космосу

Можливість телескопа Джеймса Вебба зазирнути в затуманені серця далеких хмар дозволила виявити елементи біохімії в найхолоднішому і найтемнішому місці, де ми їх ще не бачили.

У молекулярній хмарі під назвою Хамелеон I, розташованій на відстані понад 500 світлових років від Землі, дані телескопа виявили наявність заморожених вуглецю, водню, кисню, азоту і сірки – елементів, життєво важливих для формування атмосфери і молекул, таких як амінокислоти, разом відомих під назвою CHONS.

“Ці елементи є важливими компонентами молекул пребіотиків, таких як прості амінокислоти, і, так би мовити, інгредієнтами життя”, – каже астроном Марія Дроздовська з Бернського університету в Німеччині.

Крім того, міжнародна команда дослідників на чолі з астрономом Мелісою Макклюр з Лейденського університету в Нідерландах також ідентифікувала заморожені форми більш складних молекул, таких як вода, метан, аміак, карбонілсульфід та органічна молекула метанол.

Нове зображення молекулярної хмари Хамелеон I, отримане JWST. (NASA, ESA, CSA та М. Замані)

Холодні, щільні згустки в молекулярних хмарах – це місце, де народжуються зірки та їхні планети. Вчені вважають, що CHONS та інші молекули були присутні в молекулярній хмарі, яка породила Сонце, а деякі з них пізніше були доставлені на Землю крижаними кометами та зіткненнями з астероїдами.

Хоча елементи і молекули, виявлені в Хамелеоні I, зараз спокійно плавають, одного дня вони можуть бути захоплені планетоутворенням, доставляючи інгредієнти, необхідні для зародження життя, на нові планети-дитини.

“Наше виявлення складних органічних молекул, таких як метанол і, можливо, етанол, також свідчить про те, що багато зоряних і планетних систем, які розвиваються в цій конкретній хмарі, успадкують молекули в досить розвиненому хімічному стані”, – пояснює астроном Вілл Роша з Лейденської обсерваторії.

“Це може означати, що наявність молекул пребіотиків у планетних системах є звичайним результатом зореутворення, а не унікальною особливістю нашої Сонячної системи”.

Хамелеон I – холодний і щільний, темний конгломерат пилу і льоду, який є одним з найближчих до Землі активних регіонів зореутворення. Тому перепис його складу може багато чого розповісти нам про інгредієнти, які беруть участь у формуванні зірок і планет, і сприяти розумінню того, як ці інгредієнти включаються в нові світи, що формуються.

JWST, завдяки своїм потужним можливостям інфрачервоного виявлення, здатний бачити крізь щільний пил з більшою чіткістю і деталізацією, ніж будь-який телескоп, що був до нього. Це тому, що інфрачервоні хвилі світла не розсіюються від частинок пилу так, як коротші хвилі, а це означає, що такі інструменти, як JWST, можуть ефективно бачити крізь пил краще, ніж оптичні інструменти, такі як “Габбл”.

Спектри з лініями поглинання, що виявляють елементи в Хамелеоні I. (NASA, ESA, CSA, J. Olmsted/STScI, M. K. McClure/Лейденська обсерваторія, K. Pontoppidan/STScI, N. Crouzet/Лейденський університет і Z. Smith/Open University)

Щоб визначити хімічний склад пилу в Хамелеоні I, вчені покладаються на сигнатури поглинання. Зоряне світло, що проходить крізь хмару, може поглинатися елементами і молекулами, що містяться в ній. Різні хімічні речовини поглинають різні довжини хвиль. Коли збирається спектр світла, що випромінюється, ці поглинені довжини хвиль стають темнішими. Потім вчені можуть проаналізувати ці лінії поглинання, щоб визначити, які елементи присутні.

JWST зазирнула в Хамелеон I глибше, ніж будь-коли раніше, щоб переписати його склад. Він виявив зерна силікатного пилу, вищезгадані CHONS та інші молекули, а також кригу, холоднішу за будь-яку з виміряних раніше в космосі – близько -263 градусів за Цельсієм (-441 градус за Фаренгейтом).

І вони виявили, що, зважаючи на щільність хмари, кількість CHONS була нижчою, ніж очікувалося, включаючи лише близько 1 відсотка очікуваної сірки. Це свідчить про те, що решта матеріалів може бути замкнена в місцях, які неможливо виміряти – наприклад, всередині гірських порід та інших мінералів.

Без додаткової інформації важко оцінити ситуацію на цьому етапі, тому команда має намір отримати більше інформації. Вони сподіваються отримати більше спостережень, які допоможуть їм скласти карту еволюції цих льодів, від покриття пилових зерен молекулярної хмари до їх включення в комети і, можливо, навіть до засіву планет.

“Це лише перший із серії спектральних знімків, які ми отримаємо, щоб побачити, як лід еволюціонує від початкового синтезу до кометоутворюючих областей протопланетних дисків”, – каже МакКлюр.

“Це дасть нам змогу зрозуміти, яка суміш льодів – а отже, які елементи – зрештою може бути доставлена на поверхні земних екзопланет або інкорпорована в атмосфери гігантських газових чи крижаних планет”.