Το υψηλό πετώντας τηλεσκόπιο SOFIA φωτίζει από πού προέρχονται ορισμένα από τα βασικά δομικά στοιχεία της ζωής. Μια πρόσφατη μελέτη που δημοσιεύθηκε στις Η Αστροφυσική Εφημερίδα: Γράμματα με επικεφαλής αστρονόμους από το Πανεπιστήμιο της Χαβάης, συμπεριλαμβανομένων συνεργατών από το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια Ντέιβις, το Πανεπιστήμιο Johns-Hopkins, το Μουσείο Φυσικών Επιστημών της Βόρειας Καρολίνας, το κρατικό πανεπιστήμιο της Appalachian και πολλούς διεθνείς εταίρους (συμπεριλαμβανομένης της χρηματοδότησης από τη NASA), εξέτασαν μια παρατεταμένη μυστήριο στον σχηματισμό πλανητών: η χημική οδός του στοιχείου θείου και οι επιπτώσεις και ο ρόλος του στο σχηματισμό πλανητών και ζωής.
Αριθμός 16 στον περιοδικό πίνακα, το θείο είναι το δέκατο πιο κοινό στοιχείο στο Σύμπαν. Όχι μόνο το θείο είναι ένα ιχνοστοιχείο που εμπλέκεται στη διαμόρφωση των κόκκων σκόνης γύρω από νεαρά αστέρια που οδηγούν σε πλανήτες, αλλά υπάρχει επίσης υποψία ότι είναι απαραίτητο δομικό στοιχείο για τη ζωή. Κοιτάζοντας την κατανομή του θείου στο Σύμπαν θα μπορούσε επίσης να μας δώσει μια ιδέα για την ιστορία του πώς ξεκίνησε η πρωτόγονη ζωή εδώ στη Γη.
Για τη μελέτη, οι ερευνητές εξέτασαν αυτά που είναι γνωστά ως νεαρά αστρικά αντικείμενα (YSOs). Αυτά είναι νεαρά αστέρια σε ένα στάδιο πριν αρχίσουν να συντήκονται υδρογόνο και είναι ενσωματωμένα σε ένα μοριακό νέφος πλούσιο σε σκόνη και αέριο. Το συγκεκριμένο αντικείμενο που στόχευε στη μελέτη ήταν το MonR2 IRS3, ένα πρωτόστρωμα που καταρρέει στην περιοχή σχηματισμού αστεριών Monoceros R2. Βρίσκεται στον αστερισμό του Monoceros, το Unicorn, (μερικές φορές επίσης γνωστό και ως Narwhal), το MonR2 IRS3 είναι ένα από τα πολλά YSO στην περιοχή, ένα αποθετήριο πρωτοπλανητικής σκόνης και αερίου που περιβάλλει έναν πυρήνα που καταρρέει.
Μετά το στάδιο YSO, το αέριο είτε έχει γίνει μέρος του αστεριού, του πλανητικού του συστήματος, είτε εκτοξεύεται. Το αστέρι στη συνέχεια αρχίζει να συγχωνεύει το υδρογόνο στο ήλιο, καθώς και βαρύτερα στοιχεία που παρατηρούνται σε πιο ογκώδη αστέρια. Νεαρά αστρικά αντικείμενα όπως το MonR2 IRS3 είναι έτσι τέλεια εργαστήρια για τη διερεύνηση της μυστηριώδους χημείας που εμπλέκεται στον σχηματισμό πλανητών και μορίων που απαιτούνται για τη ζωή.
Για τη μελέτη, η ομάδα χρησιμοποίησε το SOFIA - το στρατοσφαιρικό παρατηρητήριο της NASA για την υπέρυθρη αστρονομία - ένα μετατρεπόμενο αεροσκάφος Boeing 747SP με υπέρυθρο τηλεσκόπιο 2,5 μέτρων τοποθετημένο πίσω από μια συρόμενη πόρτα και στόχευσε κάθετα έναντι του άξονα του αεροσκάφους. Η υψηλή πτήση SOFIA είναι ιδανική για μια τέτοια μελέτη, καθώς μπορεί να φτάσει πολύ πάνω από το μεγαλύτερο μέρος των ατμοσφαιρικών υδρατμών της Γης, που εμποδίζει την αστρονομία υπέρυθρης ακτινοβολίας.
Η ομάδα χρησιμοποίησε τον υψηλής ανάλυσης φασματογράφο Echelon-Cross-Echelle ("EXES") τοποθετημένο στο τηλεσκόπιο SOFIA. Το Mon2 IRS3 είχε παρατηρηθεί προηγουμένως για μελέτη σχετικά με το μονοξείδιο του άνθρακα (CO) χρησιμοποιώντας το όργανο NIRSPEC στο μεγάλο, επίγειο τηλεσκόπιο Keck II και αυτές οι παρατηρήσεις βοήθησαν στην ενημέρωση της έρευνας SOFIA για το διοξείδιο του θείου (SO2), ένα μόριο που θεωρείται ότι είναι ένα αποθετήριο για το θείο στα πρωτοπλανητικά συστήματα. Ο Σείριος, το πιο λαμπρό αστέρι στον ουρανό, παρατηρήθηκε επίσης για τη βαθμονόμηση των δεδομένων. Οι παρατηρήσεις EXES επέτρεψαν στους παρατηρητές να μετρήσουν το φασματικό πλάτος γραμμής του SO2 στην περιοχή σχηματισμού αστεριών για πρώτη φορά, καθώς και να αποκτήσετε εικόνα για την αφθονία αυτού του μορίου ως δεξαμενής θείου. Για παράδειγμα, στενές γραμμές από ζεστό SO2 Το αέριο υποδηλώνει εξάχνωση πάγου μέσω θερμότητας από τον πυρήνα σχηματισμού, ενώ οι ευρείες γραμμές είναι ενδεικτικές των σοκ που εκτοξεύουν θείο από μικρούς κόκκους. Αυτή η μελέτη βρήκε ένα χαμηλότερο όριο για SO2 αφθονία, και διαπίστωσε ότι οι παγωμένοι εξαχνωμένοι από τον θερμό πυρήνα MonR2 IRS3 θα μπορούσαν να είναι η πηγή του SO2 αέριο.
Ακολουθώντας το θείο
Οι παρατηρήσεις της διαδικασίας θείου σε ένα YSO είναι ενδιαφέρουσες. Για πρώτη φορά, η ομάδα παρατήρησε το σχηματισμό SO2 (διοξείδιο του θείου) σε έναν θερμό πυρήνα, που δείχνει ότι αυτός ο τρόπος σχηματισμού είναι τουλάχιστον εξίσου αποτελεσματικός με τα σοκ. Επιπλέον, αυτή η διαδικασία μπορεί να είναι σημαντική σε χαμηλότερη μάζα (δηλαδή, περισσότερο παρόμοια με το ηλιακό μας σύστημα όταν σχηματίστηκε πριν από 4,57 δισεκατομμύρια χρόνια) YSO, τα οποία μελλοντικές παρατηρήσεις μπορεί να βοηθήσουν στην επιβεβαίωση.
Η μελλοντική εργασία μπορεί επίσης να βοηθήσει στον καθορισμό της σχετικής σημασίας άλλων πρωτόγονων δεξαμενών θείου. Κοιτάζοντας το υδρόθειο στα YSOs - που πιστεύεται ότι είναι ο κύριος συντελεστής θείου στο πρωτόγονο ηλιακό σύστημα - δείχνει ότι η απλή θέρμανση με ακτινοβολία και τα ήπια σοκ είναι τουλάχιστον εξίσου αποτελεσματικά στο σχηματισμό και τη διανομή του θείου, όπως θεωρήθηκε προηγουμένως από το sputtering, τα ισχυρά σοκ . Αυτό δείχνει επίσης μια ισχυρή σχέση μεταξύ των ταμιευτήρων θείου που παρατηρούνται στο δικό μας ηλιακό σύστημα στον κομήτη 67 / P Churyumov-Gerasimenko, ο οποίος διερευνήθηκε από την αποστολή Rosetta της Ευρωπαϊκής Διαστημικής Υπηρεσίας από το 2014 έως το 2016.
«Αυτές οι παρατηρήσεις που ελήφθησαν με το τηλεσκόπιο SOFIA είναι το κλειδί για το ξεκλείδωμα μερικών από τα μυστικά των πρωτοπλανητικών μοριακών ταμιευτήρων», δήλωσε η Δρ Ρέιτσελ Σμιθ (Μουσείο Φυσικών Επιστημών της Βόρειας Καρολίνας / Κρατικό Πανεπιστήμιο Appalachian). Διαστημικό περιοδικό. «Μέσω τέτοιων συνδέσεων μεταξύ διαφορετικών συνόλων δεδομένων για ένα μόνο αντικείμενο, ενδέχεται τελικά να οικοδομήσουμε μια ολοκληρωμένη εικόνα της εξέλιξης των πλανητών και των μορίων που απαιτούνται για τη ζωή».
Τι ακολουθεί για νέες παρατηρήσεις; Για να σας βοηθήσουμε να επιβεβαιώσετε την υπόθεση για το SO2 απαιτείται δεξαμενή, παρατηρήσεις παρακολούθησης παγετώνων που περιέχουν θείο από επερχόμενες αποστολές, όπως το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb που κυκλοφόρησε το 2021 και ίσως χρησιμοποιώντας την αποστολή WFIRST ξανά (εκτός από το διαστημικό τηλεσκόπιο υπερύθρου Wide Field) που μηδενίστηκε στην πρόταση προϋπολογισμού της NASA FY 2020.
Με την εκτόξευση νέων τηλεσκοπίων και βελτιώσεις στα υπάρχοντα, μπορεί να εισέλθει στη «χρυσή εποχή της υπέρυθρης αστρονομίας» την ερχόμενη δεκαετία, επιτρέποντας στους αστρονόμους να εντοπίσουν στοιχεία πίσω στις πρωταρχικές τους πρωτίνες.
