Webb zidentyfikował zamrożone formy szerokiej gamy cząsteczek, w tym dwutlenku węgla, amoniaku i metanu

Międzynarodowy zespół astronomów korzystający z Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba poinformował o odkryciu różnorodnych lodów w najciemniejszych obszarach zimnego obłoku molekularnego. Ten wynik pozwala astronomom zbadać proste cząsteczki lodu, które zostaną włączone do przyszłych egzoplanet, jednocześnie otwierając nowe okno na pochodzenie bardziej złożonych cząsteczek, które są pierwszym krokiem w tworzeniu cegiełek życia.

Jeśli planeta ma być nadającą się do zamieszkania, lód jest niezbędnym składnikiem, ponieważ jest głównym źródłem kilku kluczowych pierwiastków — mianowicie węgla, wodoru, tlenu, azotu i siarki (określanych tutaj jako CHONS). Pierwiastki te są ważnymi składnikami zarówno atmosfer planetarnych, jak i cząsteczek, takich jak cukry, alkohole i proste aminokwasy.

Międzynarodowy zespół astronomów korzystający z należącego do NASA Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba uzyskał dogłębną inwentaryzację najgłębszych i najzimniejszych lodów zmierzonych do tej pory w obłoku molekularnym. Oprócz prostych lodów, takich jak woda, zespół był w stanie zidentyfikować zamrożone formy szerokiej gamy cząsteczek, od siarczku karbonylu, amoniaku i metanu, po najprostszą złożoną cząsteczkę organiczną, metanol. (Naukowcy uznali, że molekuły organiczne są złożone, gdy mają sześć lub więcej atomów.) Jest to najobszerniejszy jak dotąd spis składników lodu dostępnych do tworzenia przyszłych generacji gwiazd i planet, zanim zostaną one ogrzane podczas formowania się młodych gwiazd.

Nasze wyniki dostarczają informacji na temat początkowego, ciemnego etapu chemicznego formowania się lodu na ziarnach pyłu międzygwiezdnego, które przekształcą się w centymetrowe kamyczki, z których w dyskach formują się planety. Te obserwacje otwierają nowe okno na ścieżki powstawania prostych i złożonych cząsteczek, które są potrzebne do stworzenia cegiełek życia.powiedziała Melissa McClure, astronom z Leiden Observatory w Netherlands, który jest głównym badaczem programu obserwacyjnego i głównym autorem artykułu opisującego ten wynik.

Oprócz zidentyfikowanych molekuł zespół znalazł dowody na istnienie molekuł bardziej złożonych niż metanol i chociaż nie przypisano definitywnie tych sygnałów konkretnym molekułom, dowodzi to po raz pierwszy, że złożone molekuły tworzą się w lodowych głębinach obłoków molekularnych zanim narodzą się gwiazdy.

Nasza identyfikacja złożonych cząsteczek organicznych, takich jak metanol i potencjalnie etanol, sugeruje również, że wiele układów gwiezdnych i planetarnych rozwijających się w tym konkretnym obłoku odziedziczy cząsteczki w dość zaawansowanym stanie chemicznym. Może to oznaczać, że obecność prekursorów molekuł prebiotycznych w układach planetarnych jest częstym skutkiem formowania się gwiazd, a nie unikalną cechą naszego Układu Słonecznego.dodał Will Rocha, astronom z Leiden Observatory, który przyczynił się do do tego odkrycia.

Wykrywając zawierający siarkę lodowy siarczek karbonylu, naukowcy byli w stanie po raz pierwszy oszacować ilość siarki osadzonej w lodowych ziarnach przedgwiezdnego pyłu. Chociaż zmierzona ilość jest większa niż poprzednio obserwowana, to nadal jest mniejsza niż całkowita ilość spodziewana w tej chmurze, w oparciu o jej gęstość. Dotyczy to również innych elementów CHONS. Kluczowym wyzwaniem dla astronomów jest zrozumienie, gdzie ukrywają się te pierwiastki: w lodzie, materiałach sadzy lub skałach. Ilość CHONS w każdym rodzaju materiału określa, ile z tych pierwiastków trafia do atmosfery egzoplanet, a ile do ich wnętrz.

Fakt, że nie widzieliśmy wszystkich CHONS, których się spodziewamy, może wskazywać, że są one zamknięte w bardziej skalistych lub sadzonych materiałach, których nie możemy zmierzyć. Mogłoby to pozwolić na większą różnorodność składu masowego planety ziemskie.wyjaśnił McClure.

Charakterystykę chemiczną lodów przeprowadzono poprzez zbadanie, w jaki sposób światło gwiazd spoza obłoku molekularnego było pochłaniane przez cząsteczki lodu w obłoku w określonych długościach fal podczerwieni widocznych dla Webba. Proces ten pozostawia chemiczne odciski palców znane jako linie absorpcyjne, które można porównać z danymi laboratoryjnymi, aby określić, które lody są obecne w chmurze molekularnej. W tym badaniu zespół skupił się na lodach zakopanych w szczególnie zimnym, gęstym i trudnym do zbadania regionie obłoku molekularnego Chamaeleon I, regionie oddalonym o około 500 lat świetlnych od Ziemi, w którym obecnie formują się dziesiątki młodych gwiazdy.

Po prostu nie moglibyśmy zaobserwować tych lodów bez Webba. Lody pojawiają się jako spadki na tle kontinuum światła gwiazd w tle. W regionach, które są tak zimne i gęste, większość światła gwiazdy tła jest blokowana, a znakomita czułość Webba była niezbędna do wykrycia światła gwiazdy, a tym samym zidentyfikowania lodu w obłoku molekularnym.rozwinął Klaus Pontoppidan, naukowiec projektu Webb w Space Telescope Science Institute w Baltimore w stanie Maryland, który był zaangażowany w te badania.

Badania te stanowią część projektu Ice Age , jednego z 13 programów Early Release Science firmy Webb . Obserwacje te mają na celu zademonstrowanie możliwości obserwacyjnych Webba i umożliwienie społeczności astronomicznej nauczenia się, jak najlepiej wykorzystać jego instrumenty. Zespół zajmujący się epoką lodowcową zaplanował już dalsze obserwacje i ma nadzieję prześledzić podróż lodów od ich powstania do gromadzenia się lodowych komet.

To tylko pierwsze z serii spektralnych zdjęć, które uzyskamy, aby zobaczyć, jak lód ewoluuje od ich początkowej syntezy do obszarów formowania się komet dysków protoplanetarnych. To powie nam, jaka mieszanina lodu – a zatem które pierwiastki – może ostatecznie zostać dostarczona na powierzchnie egzoplanet typu ziemskiego lub włączona do atmosfer gigantycznych planet gazowych lub lodowych.podsumowuje McClure.

Znaleziono podwójne gwiazdy karłowate krążące wokół siebie co 20 godzin

Zespół astrofizyków odkrył podwójną parę ultra-chłodnych karłów tak blisko siebie, że wyglądają jak pojedyncza gwiazda. Są niezwykłe, ponieważ okrążają się nawzajem w zaledwie 20,5 godziny, co oznacza, że ​​ich rok jest krótszy niż jeden Dzień Ziemi. Są też znacznie starsze niż podobne systemy. Nie widzimy gołym okiem ultra-chłodnych karłów, ale są to najliczniejsze gwiazdy w galaktyce. Mają tak małe masy, że emitują tylko światło podczerwone, a żeby je zobaczyć, potrzebujemy teleskopów na podczerwień. Odkrycie to jest niezwykle interesujące, ponieważ teoria wskazuje, że powinny istnieć gwiazdy tak blisko siebie, ale ten układ jest pierwszym przypadkiem, w którym astronomowie zaobserwowali tak ekstremalną bliskość.

To niesamowite widzieć, jak coś dzieje się we wszechświecie w ludzkiej skali czasu.powiedział Profesor Adam Burgasser z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego.

Zespół astronomów przedstawił swoje odkrycia na 241. Spotkaniu Amerykańskiego Towarzystwa Astronomicznego w Seattle. Badaniami kierował Chih-Chun „Dino” Hsu, astrofizyk z Northwestern University. System nosi nazwę LP 413-53AB.

Odkrycie tak ekstremalnego układu jest ekscytujące. W zasadzie wiedzieliśmy, że takie systemy powinny istnieć, ale takich systemów jeszcze nie zidentyfikowano.powiedział Chih-Chun „Dino” Hsu, astrofizyk z Northwestern, który kierował badaniami.

Skrajności natury odgrywają ważną rolę w kalibracji naszych modeli teoretycznych i dotyczy to układów podwójnych o małej masie. Przed tym odkryciem astronomowie znali tylko trzy krótkookresowe, ultrachłodne układy podwójne.

Zespół badawczy odnalazł parę w danych archiwalnych. Przeczesywali dane za pomocą algorytmu, który, jak napisał Hsu, modeluje gwiazdy na podstawie ich danych widmowych. Ale na tych wcześniejszych zdjęciach gwiazdy po prostu były ustawione w jednej linii, więc wyglądały jak pojedyncza gwiazda. Szanse, że tak się stanie, są wysokie w przypadku ciasnej pary binarnej takiej jak ta. Jednak Hsu i jego współpracownicy uznali, że dane są dziwne, więc dokładniej obserwowali gwiazdę za pomocą Obserwatorium Kecka. Obserwacje pokazały, że krzywa blasku zmieniła się tak szybko, że muszą to być dwie gwiazdy.

W końcu zdali sobie sprawę, że znaleźli najbliższą parę binarną, jaką kiedykolwiek znaleziono.

Kiedy dokonywaliśmy tego pomiaru, mogliśmy zobaczyć, jak rzeczy zmieniają się w ciągu kilku minut obserwacji. Większość układów podwójnych, które obserwujemy, ma okresy orbitalne trwające lata. Więc dostajesz pomiar co kilka miesięcy. Następnie po chwili możesz ułożyć puzzle. Dzięki temu systemowi mogliśmy zobaczyć, jak linie widmowe oddalają się od siebie w czasie rzeczywistym. To niesamowite widzieć, jak coś dzieje się we wszechświecie w ludzkiej skali czasu.powiedział profesor Adam Burgasser z UC San Diego. Burgasser był doradcą Hsu, podczas gdy Hsu był doktorem. student.

Aby podkreślić, jak blisko siebie znajdują się gwiazdy, Hsu porównał je do naszego Układu Słonecznego i innego dobrze znanego układu. Para jest bliżej siebie niż Jowisz i jeden z jego galileuszowych księżyców, Kallisto. Jest także bliżej niż czerwony karzeł TRAPPIST-1 do swojej najbliższej planety TRAPPIST-1b. Gwiazdy są znacznie starsze niż pozostałe trzy podobne układy znane astronomom. Podczas gdy te trzy są stosunkowo młode i mają do 40 milionów lat, LP 413-53AB ma kilka miliardów lat, podobnie jak nasze Słońce.

Ich wiek jest wskazówką, że gwiazdy nie powstały tak blisko siebie. Naukowcy uważają, że mogli zacząć od jeszcze ciaśniejszej orbity.

To niezwykłe, ponieważ gdy były młode, w wieku około 1 miliona lat, gwiazdy te znajdowały się jedna na drugiej.powiedział Burgasser.

Albo gwiazdy mogły powstać jako para na szerszych orbitach, a następnie z czasem zbliżały się do siebie. Inną możliwością jest to, że gwiazdy zaczynały jako układ potrójny. Oddziaływania grawitacyjne mogły jednocześnie wyrzucić jedną gwiazdę i wciągnąć pozostałe dwie na ciaśniejszą orbitę. Dalsze obserwacje tego unikalnego systemu mogą pomóc odpowiedzieć na to pytanie.

Astronomowie interesują się takimi gwiazdami ze względu na to, co mogą nam powiedzieć o światach nadających się do zamieszkania. Ponieważ ultrachłodne krasnoludy są tak ciemne i chłodne, ich strefy nadające się do zamieszkania są ciasnymi regionami. To jedyny sposób, w jaki mogli ogrzać planety na tyle, aby utrzymać ciekłą wodę powierzchniową. Ale w przypadku LP 413-53AB odległość strefy nadającej się do zamieszkania jest taka sama jak orbita gwiazdy, co eliminuje możliwość istnienia egzoplanet nadających się do zamieszkania.

Te ultrachłodne karły są sąsiadami naszego Słońca. Aby zidentyfikować potencjalnie nadających się do zamieszkania gospodarzy, warto zacząć od naszych pobliskich sąsiadów. Ale jeśli bliskie układy podwójne są powszechne wśród ultrachłodnych krasnoludów, może istnieć niewiele światów nadających się do zamieszkania.powiedział Hsu.

Teraz, gdy astronomowie znaleźli jeden tak ciasny układ, chcą wiedzieć, czy jest ich więcej. Tylko w ten sposób można zrozumieć wszystkie te różne scenariusze. Trudno nawet podejść do jakichkolwiek wniosków, gdy masz tylko jeden punkt danych. Ale astronomowie nie wiedzą, czy znaleźli jeden tylko dlatego, że są tak rzadkie, czy dlatego, że tak trudno je dostrzec.

Te systemy są rzadkie. Ale nie wiemy, czy są rzadkie, ponieważ rzadko istnieją, czy dlatego, że ich po prostu nie znajdujemy. To pytanie otwarte. Teraz mamy jeden punkt danych, na którym możemy zacząć budować. Dane te leżały w archiwum przez długi czas. Narzędzie Dino umożliwi nam szukanie większej liczby takich plików binarnych.powiedział Chris Theissen, współautor badania i doktor habilitowany kanclerza na Uniwersytecie Kalifornijskim w San Diego.

Rekordowe wykrycie sygnału radiowego z atomowego wodoru w niezwykle odległej galaktyce

Astronomowie z McGill University w Kanadzie i Indian Institute of Science (IISc) w Bengaluru wykorzystali dane z Giant Meterwave Radio Telescope (GMRT) w Pune do wykrycia sygnału radiowego pochodzącego z wodoru atomowego w niezwykle odległej galaktyce. Astronomiczna odległość, z której taki sygnał został odebrany, jest jak dotąd największa z dużym marginesem. Jest to również pierwsze potwierdzone wykrycie silnego soczewkowania w linii emisji 21 cm z galaktyki.

Wodór atomowy jest podstawowym paliwem niezbędnym do powstawania gwiazd w galaktyce. Kiedy gorący zjonizowany gaz z otaczającego ośrodka galaktyki spada na galaktykę, gaz ochładza się i tworzy wodór atomowy, który następnie staje się wodorem cząsteczkowym i ostatecznie prowadzi do powstawania gwiazd. Dlatego zrozumienie ewolucji galaktyk w czasie kosmicznym wymaga prześledzenia ewolucji gazu neutralnego w różnych epokach kosmologicznych. Atomowy wodór emituje fale radiowe o długości 21 cm, które można wykryć za pomocą radioteleskopów o niskiej częstotliwości, takich jak GMRT. Zatem emisja 21 cm jest bezpośrednim wskaźnikiem zawartości gazu atomowego zarówno w pobliskich, jak i odległych galaktykach. Jednak ten sygnał radiowy jest bardzo słaby i wykrycie emisji z odległej galaktyki przy użyciu obecnych teleskopów jest prawie niemożliwe ze względu na ich ograniczoną czułość.

Do tej pory najodleglejsza galaktyka wykryta przy użyciu emisji z odległości 21 cm miała przesunięcie ku czerwieni z=0,376, co odpowiada czasowi, który upłynął między wykryciem sygnału a jego pierwotną emisją – wynoszącym 4,1 miliarda lat. (Przesunięcie ku czerwieni reprezentuje zmianę długości fali sygnału w zależności od położenia i ruchu obiektu; większa wartość z oznacza obiekt znajdujący się dalej).

Korzystając z danych GMRT, Arnab Chakraborty, doktor habilitowany na Wydziale Fizyki i Trottier Space Institute na McGill University oraz Nirupam Roy, profesor nadzwyczajny na Wydziale Fizyki, IISc wykryli sygnał radiowy z wodoru atomowego w odległej galaktyce przy przesunięciu ku czerwieni z= 1.29.

Ze względu na ogromną odległość do galaktyki, 21-centymetrowa linia emisyjna przesunęła się ku czerwieni do 48 cm, zanim sygnał dotarł ze źródła do teleskopu. mówi Chakraborty.

Sygnał wykryty przez zespół został wyemitowany z tej galaktyki, gdy Wszechświat miał zaledwie 4,9 miliarda lat; innymi słowy, czas wstecz dla tego źródła wynosi 8,8 miliarda lat.

Wykrycie to było możliwe dzięki zjawisku zwanemu soczewkowaniem grawitacyjnym , w którym światło emitowane przez źródło jest zakrzywiane z powodu obecności innego masywnego ciała, takiego jak galaktyka eliptyczna wczesnego typu, pomiędzy galaktyką docelową a obserwatorem, co skutkuje „wzmocnieniem” sygnału.

W tym konkretnym przypadku powiększenie sygnału było około 30-krotne, co pozwoliło nam zobaczyć wszechświat o dużym przesunięciu ku czerwieni.wyjaśnia Roy.

Zespół zaobserwował również, że masa atomowa wodoru w tej konkretnej galaktyce jest prawie dwukrotnie większa niż masa jej gwiazdy. Wyniki te pokazują wykonalność obserwacji gazu atomowego z galaktyk z odległości kosmologicznych w podobnych systemach soczewkowych przy niewielkim czasie obserwacji. Otwiera również ekscytujące nowe możliwości badania kosmicznej ewolucji gazu neutralnego za pomocą istniejących i przyszłych radioteleskopów niskiej częstotliwości w najbliższej przyszłości.

Yashwant Gupta, dyrektor centrum NCRA, powiedział:

Wykrywanie neutralnego wodoru w emisji z odległego Wszechświata jest niezwykle trudne i było jednym z kluczowych celów naukowych GMRT. Cieszymy się z przełomowego wyniku GMRT i mamy nadzieję, że to samo można będzie potwierdzić i poprawić w przyszłości.

Wiele największych obserwatoriów na świecie cierpi z powodu zanieczyszczenia światłem

W niedawnym badaniu opublikowanym w Monthly Notices of the Royal Astronomical Society międzynarodowy zespół naukowców zbadał poziomy zanieczyszczenia świetlnego w obserwatoriach astronomicznych z całego świata, aby lepiej zrozumieć, w jaki sposób sztuczne światło wpływa na obserwacje nocnego nieba w nadziei na podjęcie kroków i walkę z zanieczyszczeniem świetlnym. Ważne jest, aby chronić możliwości obserwacyjne i sieć naukową obserwatoriów astronomicznych przed niebezpieczeństwami związanymi z zanieczyszczeniem światłem.

To niezwykle ważne. Wszyscy znamy ogromne koszty wysyłania teleskopów w kosmos. Wymaga to dziesięcioleci i dziesiątek miliardów dolarów (np . JWST), podczas gdy największy planowany nowy teleskop na Ziemi będzie kosztował około miliarda euro [miliard dolarów]. Co więcej, zanieczyszczenie światłem wpływa na wszystkie mniejsze teleskopy uniwersytetów na całym świecie, utrudniając studentom prowadzenie badań. Innym skutkiem zanieczyszczenia światłem jest odebranie źródła inspiracji, nieskażonego gwiaździstego nieba, aby nowe pokolenia mogły rozpocząć karierę naukową.powiedział Fabio Falchi, który badał zanieczyszczenie światłem przez ostatnie 25 lat , jest doktorantem na Uniwersytecie w Santiago de Compostela w Hiszpanii i głównym autorem badania.

W ramach badań naukowcy zbadali ponad 50 obserwatoriów na całym świecie, skupiając się na 28 obserwatoriach, w których znajdują się apertury teleskopów większe niż 3 metry. Użyli kilku wskaźników do pomiaru poziomu zanieczyszczenia światłem w każdym z tych miejsc. Jednym ze wskaźników jest sztuczny limit jasności (inaczej sztuczna jasność) z limitami 1% i 10%, z których wskaźnik ten jest ustalony przez Międzynarodową Unię Astronomiczną w latach 70. XX wieku.

Wyniki badania wskazują, że 7 z 28 – lub 25% – głównych obserwatoriów wykazywało zanieczyszczenie światłem, które mieściło się w granicach 1% sztucznego limitu promieniowania. Natomiast naukowcy odkryli, że 21 z 28 – czyli 75% – głównych obserwatoriów wykazywało poziom zanieczyszczenia światłem powyżej 1% limitu sztucznego promieniowania. Naukowcy odkryli również, że 10 z 28 – lub nieco ponad 35% – głównych obserwatoriów wykazywało zanieczyszczenie światłem, które mieściło się w granicach 10% limitu, podczas gdy 18 z 28 – lub nieco ponad 64% – głównych obserwatoriów wykazywało światło poziomy zanieczyszczenia powyżej 10% limitu.

To wymagałoby długiej dyskusji. Życie na Ziemi ewoluowało wraz z codzienną przemianą jasnego światła w ciągu dnia i ciemności w nocy. Zachowanie większości zwierząt (żerowanie, łączenie się w pary, polowanie, migracja…) zależy od obecności lub braku światła. Zmiana tego poprzez odjęcie ciemności powoduje utratę różnorodności biologicznej. Również na fizjologię zwierząt, w tym oczywiście ludzi, mogą mieć wpływ zakłócenia rytmów okołodobowych spowodowane ekspozycją na sztuczne światło w nocy, zmniejszając lub zatrzymując produkcję melatoniny.wyjaśnia Falchi.

Naukowcy zauważają, że ich obliczenia nie uwzględniają dodatkowego sztucznego światła powodowanego przez „stale rosnącą liczbę satelitów i śmieci kosmicznych na niskiej orbicie okołoziemskiej”, które, jak zauważają, już przyczyniło się do zwiększenia jasności o 10% występującego przez jakiś czas podczas nocy astronomicznej.

Problemem jest nie tylko tradycyjne zanieczyszczenie światłem od dołu, ale także zanieczyszczenie światłem z góry, pochodzące z megakonstelacji satelitów, wystrzelonych w interesie kilku korporacji, które zamierzają zniszczyć nocne niebo dla całej ludzkości.podsumowuje Falchi.

Chociaż prywatna firma kosmiczna SpaceX i National Science Foundation niedawno osiągnęły porozumienie w sprawie zmniejszenia wpływu konstelacji satelitów SpaceX Starlink na astronomię, to badanie pokazuje jednak, że wpływ zanieczyszczenia światłem na astronomię został już zmierzony i zauważony przez środowisko naukowe.