|
Загадки структуры межзвездного водяного льда
|
|
|
|
Используя космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST), команда исследователей, в которую входят Паола Казелли, Барбара Микела Джулиано и Базиль Хускине из MPE, исследовали ядра плотных облаков, выявив детали межзвездного льда, которые ранее были незаметны. Исследование, опубликованное в журнале Nature Astronomy, фокусируется на регионе Хамелеон I, используя камеру NIRCam JWST для измерения спектроскопических линий, направленных к сотням звезд за облаком.
|
|
|
|
Впервые были обнаружены слабые спектроскопические особенности, известные как "висячий OH", указывающие на то, что молекулы воды не полностью связаны во льду. Эти особенности могут проследить пористость и модификацию ледяных зерен по мере их эволюции от молекулярных облаков к протопланетным дискам. Это открытие расширяет наше понимание структуры ледяных зерен и их роли в формировании планет.
|
|
|
|
Благодаря беспрецедентной чувствительности JWST мы можем исследовать льды глубоко в ядрах плотных облаков, где уровень поглощения настолько высок, что они ускользали от внимания предыдущих обсерваторий.
|
|
|
|
Эти линии обзора являются недостающим звеном между первоначальным образованием льдов на поверхности пылевых частиц в молекулярных облаках и агрегацией ледяных частиц в ледяные планетезимали - все еще малоизученный процесс, который происходит в протопланетном диске, окружающем новую звезду. Взгляд вглубь места рождения звезд даст новые ключи к пониманию этих модификаций ледяных зерен.
|
|
|
В рамках программы "Ледниковый период", нацеленной на регион Хамелеон I, область плотных облаков, расположенную недалеко от нас в Млечном Пути, наблюдения за самой плотной частью облака с помощью прибора NIRCam компании JWST позволили одновременно провести спектроскопические измерения линий видимости сотен звезд за облаком.
|
|
|
|
Свет, испускаемый этими звездами, взаимодействует с ледяными крупинками, пересекая облако, прежде чем попасть в поле зрения большого зеркала JWST и быть обнаруженным. До сих пор нам удавалось измерять основные, интенсивные характеристики поглощения, связанные с основными компонентами льда, а именно водой, углекислым газом, монооксидом углерода, метанолом и аммиаком.
|
|
|
|
Благодаря большому размеру зеркала телескопа мы теперь можем измерять гораздо более слабые объекты. Углубленные исследования положения и профилей слабых спектроскопических объектов позволяют выявить некоторые физические особенности объекта. Здесь мы впервые обнаружили особый набор очень слабых полос, связанных лишь с небольшой долей молекул воды во льду.
|
|
|
|
Спектроскопические особенности, названные лабораторными астрофизиками, которые десятилетиями измеряли их в лабораторных льдах, соответствуют молекулам воды, которые не полностью связаны со льдом и могут прослеживать поверхности и границы раздела внутри ледяных зерен или когда вода тесно смешана с другими молекулами льда..
|
|
|
|
"Висячие объекты OH" находятся в спектральной области, недоступной с земли, и поэтому, хотя их активный поиск велся с 1990-х годов, предыдущие космические обсерватории, охватывающие этот спектральный диапазон, не обладали сочетанием спектрального разрешения и чувствительности, необходимыми для их обнаружения, обеспечивая только верхние пределы.
|
|
|
|
Теперь, в эпоху JWST, мы можем использовать эти сигнатуры, чтобы проследить изменение ледяных зерен на пути к формированию планеты. Долгое время предполагалось, что в случае обнаружения эти признаки могут быть использованы для определения пористости льда, т.е. их наличие будет сигнализировать о "пушистых" зернах с высокой пористостью, в то время как их отсутствие будет сигнализировать о уплотнении и агрегации.
|
|
|
|
Хотя эта простая интерпретация остается предметом споров, успешное обнаружение этих сигнатур теперь означает, что мы можем искать их в разных средах и в разное время в процессе звездообразования, чтобы определить, можно ли их использовать в качестве индикатора того, как лед эволюционирует в различных условиях.
|
|
|
|
"Обнаружение водяных связей в ледяных покровах демонстрирует важность лабораторной астрофизики для интерпретации данных JWST", - говорит Барбара Микела Джулиано, один из авторов исследования.
|
|
|
|
"Подробная информация о физических свойствах наблюдаемых льдов по-прежнему требует обширной поддержки со стороны лаборатории, чтобы разобраться в спектральных свойствах, наблюдаемых в плотных областях межзвездной среды и протопланетных дисках. Здесь, в CAS, мы рады оказать такую поддержку", - добавляет она.
|
|
|
|
"Высокая чувствительность JWST, наряду с впечатляющими достижениями в лабораторной астрофизике, наконец—то позволяет нам детально изучить физическую структуру и химический состав межзвездных льдов", — говорит Паола Казелли, которая вместе со своим аспирантом Базилем Хускине (Basile Husquinet) также внесла свой вклад в работу.
|
|
|
|
"Это имеет решающее значение для обеспечения строгих ограничений на химическое/динамическое моделирование, необходимое для реконструкции нашей астрохимической истории, от межзвездных облаков до протопланетных дисков и звездных систем, подобных нашей собственной. Очень интересно быть частью этого начинания".
|
|
|
|
Это исследование показывает, что в облаке присутствуют потенциально "пушистые" ледяные крупинки, влияющие на химический состав, который может происходить в этих областях, и, следовательно, на степень химической сложности, которая может возникнуть.
|
|
|
|
Это открытие также открывает новые возможности для изучения формирования планет, поскольку, в конечном счете, эти спектральные особенности позволяют нам составить представление о пространственном распределении и вариациях льдов, а также о том, как они эволюционируют на своем пути от молекулярных облаков к протопланетным дискам и планетам.
|
|
|
|
Источник
|
