Videnskab
 science >> Videnskab >  >> Astronomi

Organiske molekyler afslører spor om døende stjerner og udkanten af ​​Mælkevejen

Kredit:CC0 Public Domain

Forskere fra University of Arizona har opdaget organiske molekyler i planetariske tåger, eftervirkningerne af døende stjerner, og i det fjerne af Mælkevejen, som er blevet anset for at være for kolde og for fjernet fra det galaktiske center til at understøtte sådanne kemier. De præsenterer deres resultater på det 238. møde i American Astronomical Society, eller AAS, afholdes stort set fra 7.-9. juni.

Et hold ledet af Lucy Ziurys ved University of Arizona rapporterer observationer af organiske molekyler i planetariske tåger i hidtil usete detaljer og rumlig opløsning. Brug af Atacama Large Millimeter Array, eller ALMA, Ziurys og hendes team observerede radioemissioner fra hydrogencyanid (HCN), formylion (HCO + ) og kulilte (CO) i fem planetariske tåger:M2-48, M1-7, M3-28, K3-45 og K3-58.

Emissionen fra disse molekyler viste sig at skitsere formerne af planetariske tåger, som tidligere kun var blevet observeret i synligt lys. I nogle tilfælde, molekylære signaturer afslørede tidligere usete træk. Den høje opløsning på et buesekund, svarende til en skilling set fra 2,5 miles væk, resulterede i slående billeder af tågerne, tydeligt viser de komplekse geometrier af den tætte, udstødt materiale med stænger, lapper og buer aldrig tydeligt observeret før.

Planetariske tåger er lyse objekter, produceret, når stjerner af en bestemt type når slutningen af ​​deres udvikling. De fleste stjerner i vores galakse, inklusive solen, forventes at ende deres liv på denne måde. Da den døende stjerne kaster store mængder af sin masse ud i rummet og bliver til en hvid dværg, det udsender normalt stærk ultraviolet stråling. Denne stråling blev længe antaget at bryde alle molekyler, der blev slynget ind i det interstellare medium fra den døende stjerne, og reducere dem til atomer.

Påvisning af organiske molekyler i planetariske tåger i de senere år har vist, at dette ikke er tilfældet, imidlertid, og de observationer, der præsenteres her, understøtter yderligere ideen om, at planetariske tåger fungerer som kritiske kilder, der besidder det interstellare medium med molekyler, der fungerer som de rå ingredienser i dannelsen af ​​nye stjerner og planeter. Planetariske tåger menes at levere 90% af materialet i det interstellare medium, med supernovaer, der tilføjer de resterende 10 %.

"Man troede, at molekylære skyer, som ville give anledning til nye stjernesystemer, skulle starte fra bunden og danne disse molekyler fra atomer, " sagde Ziurys, en regentprofessor i kemi og astronomi ved UArizona. "Men hvis processen starter med molekyler i stedet, det kunne dramatisk accelerere kemisk udvikling i begyndende stjernesystemer."

Ziurys og hendes team mener, at formskiftende adfærd i nebulaernes geometri kan være drevet af visse processer involveret i nukleosyntese, med andre ord, smedningen af ​​nye elementer inde i en stjerne.

"Det fortæller os, at i en døende stjerne, som er sfærisk indtil sin sidste fase, nogle meget interessante dynamikker opstår, når den går gennem planetarisk tågestadium, som ændrer den sfæriske form, " sagde Ziurys. "Disse stjerner mister bare deres masse, og så der er virkelig ingen mekanisme til, at de lige pludselig bliver bipolære eller endda quadrupolære."

Ifølge forskerne, en mulig forklaring kunne være heliumglimt, som stammer fra en varm, konvektiv skal rundt om kernen af ​​en døende stjerne og kunne muligvis give en kilde til eksplosiv kernesyntese væk fra stjernens centrum, hvilket resulterer i de meget komplekse former, der ses i nogle tåger.

"Dette kan sandsynligvis forvrænge den sfæriske form, fordi en helium-flash kan eksplodere gennem polerne på en stjerne, hvor det vil blive rettet af magnetiske felter, og det vil have en effekt på formen af ​​den tåge, der vil danne sig omkring den, " hun sagde.

Ifølge Ziurys, mange planetariske tåger er noget af en gåde, fordi de udviklede sig fra sfæriske stjerner, men derefter gav anledning til bipolære eller endda quadrupolære strukturer.

"Det har været et puslespil for astronomer om, hvordan man går fra en sfærisk geometri til disse multipolære geometrier, " sagde hun. "De molekyler, vi observerede, sporer de polære geometrier smukt, og så vi håber, at dette vil give os et indblik i udformningen af ​​planetariske tåger."

I en anden præsentation, Lilia Koelemay, en ph.d.-studerende i Ziurys' forskningsgruppe, vil rapportere om opdagelsen af ​​organiske molekyler i udkanten af ​​Mælkevejen, mere end dobbelt så langt fra det galaktiske centrum end det, der er kendt som den galaktiske beboelige zone, eller GHZ.

Mælkevejens GHZ, som omfatter solsystemet, er en region, der anses for at have gunstige betingelser for dannelse af liv. Det menes kun at strække sig til op til 10 kiloparsek. eller omkring 32, 600 lysår, fra det galaktiske centrum.

Ved at bruge UArizona ARO 12-meter teleskopet på Kitt Peak nær Tucson, Arizona, Koelemay, Ziurys og team gennemsøgte 20 molekylære skyer i Mælkevejens Cygnus-arme for signaturemissionsspektre af methanol, et grundlæggende organisk molekyle. Med kun 20 Kelvin, disse skyer er typisk ekstremt kolde og langt fra det galaktiske centrum, i en afstand på 13 til 23,5 kiloparsec. Holdet opdagede methanol i alle 20 skyer.

Ifølge Koelemay, påvisningen af ​​disse organiske molekyler ved den galaktiske kant kan antyde, at organisk kemi stadig er udbredt i de ydre rækker af galaksen, og GHZ kan strække sig meget længere fra det galaktiske centrum end den nuværende etablerede grænse.

"Forskere har undret sig over omfanget af organisk kemi i vores galakse i lang tid, og man har altid troet, at ikke for langt ud over vores sol, vi kommer ikke til at se en masse organiske molekyler, " sagde Koelemay. "Den udbredte antagelse var, at i udkanten af ​​vores galakse forekommer den kemi, der er nødvendig for at danne organiske stoffer, bare ikke."

Den konklusion var delvist baseret på den formodede mangel på organiske molekyler i galaksens yderområder, ifølge forskerne. Forestillingen om den galaktiske beboelige zone er baseret på ideen om, at for at der skal eksistere beboelige forhold, hvor liv kan udvikle sig, et planetsystem kan ikke være for tæt på det galaktiske centrum med dets ekstremt høje tæthed af stjerner og intens stråling, og det kan ikke være for langt ude, fordi der ikke ville være nok elementer kritiske for livet, såsom ilt, kulstof og nitrogen.

Observationerne blev muliggjort af en ny 2-millimeters bølgelængdemodtager med hidtil uset følsomhed. Udviklet i et samarbejde mellem Ziurys, Gene Lauria, en ingeniør ved Steward Observatory, og National Radio Astronomy Observatory, modtageren giver mulighed for detektion af molekylære emissionslinjer i en bølgelængde, båndbredde, radioastronomer i USA ikke kunne få adgang til i mange år.

"Uden dette nye instrument, disse observationer ville have taget hundredvis af timer, hvilket ikke er muligt, " sagde Ziurys. "Med denne nye evne, vi forventer dramatisk at åbne vores observationsvindue og detektere molekyler i andre områder af vores galakse, der tidligere menes at være blottet for sådan kemi."

For nylig, Koelemay er begyndt at lede efter andre molekyler udover methanol, såsom methylcyanid, organiske molekyler med ringstrukturer og andre, der indeholder funktionelle grupper, der vides at være afgørende byggesten for biomolekyler. Opdagelser af disse molekyler i det interstellare medium har tiltrukket sig stor interesse, da mange forskere anser dem for lovende kandidater til livets fremkomst. Når organiske molekyler er til stede i nye planetsystemer, de kan kondensere på overfladen af ​​asteroider, som derefter leverer dem til begyndende planeter, hvor de potentielt kunne sætte gang i livets udvikling.

"Vi finder disse arter i udkanten af ​​galaksen, og overfloden falder ikke engang 10 kiloparsec fra solsystemet, hvor den kemi, der er nødvendig for at opbygge de molekyler, der er nødvendige for liv, bare ikke blev antaget at forekomme, " sagde Ziurys, Koelemays rådgiver og medforfatter til rapporten. "Det faktum, at de er der, udvider udsigterne for, at beboelige planeter kan dannes langt ud over, hvad der er blevet betragtet som den beboelige zone, er ekstremt spændende."


Varme artikler