Webb ziet protosterren nu al als belangrijke ingrediënten voor het creëren van bewoonbare werelden

Een internationaal team van wetenschappers, onder leiding van astronomen van de Universiteit Leiden, heeft de James Webb Ruimtetelescoop gebruikt om te ontdekken dat de belangrijkste ingrediënten voor het creëren van potentieel bewoonbare werelden aanwezig zijn in protosterren in een vroeg stadium, waarin zich nog geen planeten hebben gevormd. Het onderzoek is gepubliceerd in het tijdschrift Astronomie en astrofysica.

De aanwezigheid van complexe organische moleculen in de vaste fase in protosterren werd decennia geleden voor het eerst voorspeld op basis van laboratoriumexperimenten, en andere ruimtetelescopen hebben voorlopige detecties van deze moleculen gedaan. Dit geldt ook voor Webb. Wetenschappelijke ijstijd met vroege releaseprogramma, dat met succes verschillende soorten ijs ontdekte in de donkerste en koudste gebieden van een moleculaire wolk.

Als onderdeel van JOYS+(James Webb’s observaties van jonge ProtoStars), werden deze complexe organische moleculen individueel geïdentificeerd met het gevoelige midden-infraroodinstrument MIRI, wat hun aanwezigheid in interstellair ijs bevestigde. Het betreft de detectie van aceetaldehyde (ethanal), ethanol, methylformiaat en waarschijnlijk azijnzuur in de vaste fase.

Deze ontdekking helpt bij het beantwoorden van al lang bestaande vragen in de astrochemie. Will Rocha, teamleider bij de Sterrewacht Leiden, legt uit: ‘Wat is de oorsprong van complexe organische moleculen die in de ruimte worden aangetroffen? Vormen ze zich in de gasfase of in ijs? De ontdekking van complexe organische moleculen in ijs suggereert dat chemische reacties plaatsvinden in de vaste fase.” “Het kan complexe soorten moleculen bouwen op het oppervlak van koude stofkorrels.”

Opgedragen aan Harold Linnartz
Het team droeg de resultaten van dit onderzoek op aan teamlid Harold Linnartz, die eind vorig jaar plotseling overleed. Hij was directeur van het Leidse Astrofysisch Laboratorium en veel van de ijsspectra van eenvoudige en complexe moleculen die in dit onderzoek werden gebruikt, werden door studenten onder zijn supervisie verzameld. Linnartz was opgetogen over de kwaliteit van de gegevens van Webb die deze identificaties mogelijk maakten en over het belang van deze resultaten voor de astrochemie. “Harold was erg blij dat laboratoriumwerk zo’n belangrijke rol kon spelen in dit onderzoek, want er was nog een lange weg te gaan voordat dit zou gebeuren”, aldus Ewine van Dishoeck (Universiteit Leiden), een van de coördinatoren van de JOYS+. programma.

Wetenschappers zijn ook geïnteresseerd in het onderzoeken van de mate waarin complexe organische moleculen in veel latere stadia van de protostellaire evolutie naar planeten worden getransporteerd. Moleculen worden efficiënter vanuit wolken naar planeetvormende schijven getransporteerd in ijs dan in gas. Daarom kunnen deze complexe, ijzige organische moleculen in kometen en asteroïden terechtkomen, die op hun beurt kunnen botsen met zich vormende planeten.

Ook eenvoudigere moleculen.
Het team ontdekte ook eenvoudigere moleculen, zoals methaan, zwaveldioxide, formaldehyde en mierenzuur. Met name zwaveldioxide stelt het team in staat het ‘zwavelbudget’ in protosterren te onderzoeken. Bovendien is het van prebiotisch belang omdat bestaand onderzoek suggereert dat zwavelhoudende verbindingen een belangrijke rol speelden bij het aansturen van metabolische reacties op de jonge aarde. Er werden ook negatieve ionen gedetecteerd, die deel uitmaken van zouten die cruciaal zijn voor de ontwikkeling van een grotere chemische complexiteit bij hogere temperaturen. Dit geeft aan dat de samenstelling van ijsdeeltjes veel complexer kan zijn.

Bijzonder interessant is dat een van de onderzochte bronnen, IRAS 2A, wordt gekarakteriseerd als een protoster met een lage massa. Daarom kan IRAS 2A overeenkomsten vertonen met de oorspronkelijke fasen van ons eigen zonnestelsel. De chemicaliën die in deze bron worden geïdentificeerd, waren waarschijnlijk aanwezig in de vroege stadia van de ontwikkeling van ons zonnestelsel en werden later naar de vroege aarde gebracht.

“Al deze moleculen kunnen onderdeel worden van kometen en asteroïden en uiteindelijk van nieuwe planetaire systemen wanneer ijskoud materiaal naar het binnenste van planeetvormende schijven wordt getransporteerd”, aldus Van Dishoeck. “We hopen dit astrochemische spoor de komende jaren stap voor stap te volgen, met nieuwe gegevens van Webb.”

en cyaniden
Ander recent werk van Pooneh Nazari van de Sterrewacht Leiden wekt ook de hoop van astronomen op het vinden van meer complexiteit in het ijs, met voorzichtige detecties van methylcyanide en ethylcyanide in Webbs NIRSpec-gegevens. Nazari zegt: “Het is indrukwekkend hoe Webb ons nu in staat stelt de ijschemie verder te onderzoeken tot op het niveau van cyaniden, sleutelingrediënten in de prebiotische chemie.”

Wetenschappelijke artikelen
JWST-waarnemingen van jonge protosterren (JOYS+): detectie van ijzige complexe organische moleculen en ionen. I.CH₄DUS₂HCOO⁻OCN⁻H₂CO, HCOOH, CH₃CH₂OH, CH₃CHO, CH₃ACHT, CH₃COOH. Door: WRM Rocha, EF van Dishoeck, ME Ressler, ML van Gelder, K. Slavicinska, NGC Brunken, H. Linnartz, TP Ray, H. Beuther, A. Caratti o Garatti, V. Geers, PJ Kavanagh, PD Klaassen, K. Justannont, Y. Chen, L. Francis, C. Gieser, G. Perotti, Ł. Tychoniec, M. Barsony, L. Majumdar, VJM le Gouellec, LEU Chu, BWP Lew, Th. Henning, G. Wright. Geaccepteerd voor publicatie in Astronomy & Astrophysics (origineel | voordruk)

Zoeken naar complexe cyaniden in protostellair ijs met JWST-Tentatieve detectie van CH₃C.N. en C.₂H₅CN Door: P. Nazari, WRM Rocha, AE Rubinstein, K. Slavicinska, MG Rachid, EF van Dishoeck, ST Megeath, R. Gutermuth, H. Tyagi, N. Brunken, M. Narang, P. Manoj, DM Watson, New Jersey Evans II, S. Federman, J. Muzerolle Page, G. Anglada, H. Beuther, P. Klaassen, LW Looney, M. Osorio, T. Stanke, Y.-L. Yang. Geaccepteerd voor publicatie in Astronomy & Astrophysics (preprint)

Meer informatie
De waarnemingen in dit onderzoek zijn gedaan als onderdeel van het JOYS+-programma (James Webb Observations of Young ProtoStars), gecoördineerd door Ewine van Dishoeck van de Universiteit Leiden en Michael Ressler van het Jet Propulsion Laboratory van NASA, VS. Het onderzoek werd geleid door Will Rocha uit Leiden. Universiteit. De cyanaatstudies werden uitgevoerd als onderdeel van het IPA-programma (Investigating Protostellar Accretion), gecoördineerd door Tom Megeath van de Universiteit van Toledo, VS.

Samengesteld beeld van een deel van de meetkamer (zilver) dat werd gebruikt in laboratoriumexperimenten met interstellaire ijsanalogen, het gebied rond de IRAS23385-bron (oranje) en een schematische weergave van de waargenomen moleculen. (c) JWST/MIRI, Will Rocha en anderen (hoge resolutie)

Dit bericht is gebaseerd op een Engels bericht van ESA/Webb:
https://esawebb.org/news/weic2407