Astronomen haben mit dem James-Webb-Weltraumteleskop der NASA/ESA/CSA Wassereis sowie gefrorene Formen von Carbonylsulfid, Ammoniak, Methan und Methanol in einer dunklen Molekülwolke namens Chamäleon I entdeckt.
Dieses Webb-Bild zeigt die zentrale Region der dunklen Molekülwolke Chamäleon I, die sich 630 Lichtjahre entfernt im Sternbild Chamäleon befindet; das kalte, dünne Wolkenmaterial (blau, Mitte) wird im Infraroten durch das Leuchten des jungen, ausströmenden Protosterns Ced 110 IRS 4 (orange, oben links) beleuchtet; Das Licht zahlreicher Hintergrundsterne, die als orangefarbene Punkte hinter der Wolke zu sehen sind, kann verwendet werden, um Eis in der Wolke zu erkennen, das das durch sie hindurchtretende Sternenlicht absorbiert. Bildnachweis: NASA / ESA / CSA / M. Zamani, ESA & Webb / F. Sun, Steward Observatory / Z. Smith, Open University / Ice Age ERS Team.
„Unsere Ergebnisse geben Einblicke in das anfängliche, dunkle chemische Stadium der Eisbildung auf den interstellaren Staubkörnern, die zu den zentimetergroßen Kieselsteinen heranwachsen, aus denen sich Planeten in Scheiben bilden“, sagte die Hauptautorin Dr. Melissa McClure, Astronomin bei Observatorium Leiden.
„Diese Beobachtungen öffnen ein neues Fenster zu den Bildungswegen für die einfachen und komplexen Moleküle, die für die Herstellung der Bausteine des Lebens benötigt werden.“
„Webb ermöglichte es uns, Eis zu untersuchen, das auf Staubkörnern in den dunkelsten Regionen interstellarer Molekülwolken existiert“, fügte Dr. Danna Qasim, Astronom am Southwest Research Institute, hinzu.
„Die Wolken sind so dicht, dass diese Eise größtenteils vor der harten Strahlung naher Sterne geschützt waren, also sind sie ziemlich unberührt.“
„Das sind die ersten entstandenen Eise und enthalten auch biogene Elemente, die für das Leben wichtig sind.“
Webb verfügt über einen 6,5 m breiten Spiegel, der eine bemerkenswerte räumliche Auflösung und Empfindlichkeit bietet und für Infrarotlicht optimiert ist.
Dadurch konnte das Teleskop Chamaeleon I abbilden, eine der dichtesten und dunkelsten Wolken im Universum.
„Diese Beobachtungen liefern neue Einblicke in die chemischen Prozesse an einem der kältesten und dunkelsten Orte im Universum, um die molekularen Ursprünge protoplanetarer Scheiben, Planetenatmosphären und anderer Objekte des Sonnensystems besser zu verstehen“, sagte Dr. Qasim.
Die meisten interstellaren Eise enthalten sehr geringe Mengen an Elementen wie Sauerstoff und Schwefel. Die Autoren der Studie versuchen, den Schwefelmangel im interstellaren Eis zu verstehen.
„Das Eis, das wir beobachtet haben, enthält nur 1 % des Schwefels, den wir erwarten“, sagte Dr. Qasim.
„99 % dieses Schwefels sind woanders eingeschlossen, und wir müssen herausfinden, wo, um zu verstehen, wie Schwefel schließlich in die Planeten eingebaut wird, die Leben beherbergen könnten.“
Die Astronomen schlagen vor, dass der Schwefel in reaktiven Mineralien wie Eisensulfid eingeschlossen sein könnte, die mit Eis reagieren könnten, um die beobachteten schwefelhaltigen Eise zu bilden.
„Eisensulfid ist ein hochreaktives Mineral, das in den Akkretionsscheiben junger Sterne und in Proben von Kometen nachgewiesen wurde. Es ist auch das häufigste Sulfidmineral in Mondgestein“, sagte Dr. Qasim.
„Wenn Schwefel in diesen Mineralien eingeschlossen ist, könnte das die geringe Menge an Schwefel im interstellaren Eis erklären, was Auswirkungen darauf hat, wo Schwefel in unserem Sonnensystem gespeichert wird.“
„Zum Beispiel hat die Atmosphäre der Venus schwefelhaltige Moleküle, in denen der Schwefel teilweise von interstellar vererbten Mineralien stammen könnte.“
„Unsere Identifizierung komplexer organischer Moleküle wie Methanol und möglicherweise Ethanol deutet auch darauf hin, dass die vielen Sternen- und Planetensysteme, die sich in dieser speziellen Wolke entwickeln, Moleküle in einem ziemlich fortgeschrittenen chemischen Zustand erben werden“, sagte Dr. Will Rocha, Astronom am Leiden Observatory .
„Dies könnte bedeuten, dass das Vorhandensein von Vorläufern präbiotischer Moleküle in Planetensystemen eher ein häufiges Ergebnis der Sternentstehung als ein einzigartiges Merkmal unseres eigenen Sonnensystems ist.“
Die Forschung ist Teil des Ice Age-Projekts, eines der 13 Early Release Science-Programme von Webb.
„Ohne Webb hätten wir diese Eise einfach nicht beobachten können“, sagte der Webb-Projektwissenschaftler Dr. Klaus Pontoppidan, Astronom am Space Telescope Science Institute.
„Das Eis zeigt sich als Vertiefungen vor einem Kontinuum aus Sternenlicht im Hintergrund.“
„In Regionen, die so kalt und dicht sind, wird ein Großteil des Lichts des Hintergrundsterns blockiert, und Webbs exquisite Sensibilität war notwendig, um das Sternenlicht zu erkennen und damit das Eis in der Molekülwolke zu identifizieren.“
Die Ergebnisse erscheinen im Journal Naturastronomie.
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MK McClure et al. Eine eiszeitliche JWST-Bestandsaufnahme dichter molekularer Wolkeneise. Nat Astron, online veröffentlicht am 23. Januar 2023; doi: 10.1038/s41550-022-01875-w
