Webb-teleskop til at lave et plask i søgen efter interstellart vand

Vand er afgørende for livet, men hvordan laver man vand? At koge noget H2O op kræver mere end at blande brint og ilt. Det kræver de særlige forhold, der findes dybt inde i kolde molekylære skyer, hvor støv skærmer mod destruktivt ultraviolet lys og hjælper kemiske reaktioner. NASAs James Webb-rumteleskop vil kigge ind i disse kosmiske reservoirer for at få ny indsigt i oprindelsen og udviklingen af ​​vand og andre vigtige byggesten til beboelige planeter.

En molekylær sky er en interstellar sky af støv, gas, og en række molekyler lige fra molekylært hydrogen (H2) til kompleks, kulstofholdige organiske stoffer. Molekylære skyer holder det meste af vandet i universet, og tjene som planteskoler for nyfødte stjerner og deres planeter.

Inden for disse skyer, på overfladen af ​​små støvkorn, brintatomer forbindes med oxygen for at danne vand. Kulstof forbindes med brint for at lave metan. Nitrogenbindinger med brint for at danne ammoniak. Alle disse molekyler klæber til overfladen af ​​støvpletter, akkumulering af islag over millioner af år. Resultatet er en stor samling af "snefnug", der bliver fejet op af spæde planeter, levere materialer, der er nødvendige for livet, som vi kender det. "Hvis vi kan forstå den kemiske kompleksitet af disse is i molekylskyen, og hvordan de udvikler sig under dannelsen af ​​en stjerne og dens planeter, så kan vi vurdere, om livets byggesten skal eksistere i ethvert stjernesystem, " sagde Melissa McClure fra University van Amsterdam, hovedforsker på et forskningsprojekt, der skal undersøge kosmiske iser.

For at forstå disse processer, et af Webbs Director's Discretionary Early Release Science-projekter vil undersøge en nærliggende stjernedannende region for at bestemme, hvilke iser der er til stede hvor. "Vi planlægger at bruge en række af Webbs instrumenttilstande og muligheder, ikke kun for at undersøge denne ene region, men også for at lære, hvordan man bedst studerer kosmiske iser med Webb, " sagde Klaus Pontoppidan fra Space Telescope Science Institute (STScI), en efterforsker på McClures projekt. Dette projekt vil drage fordel af Webbs højopløsningsspektrografer til at få de mest følsomme og præcise observationer ved bølgelængder, der specifikt måler is. Webbs spektrografer, NIRSpec og MIRI, vil give op til fem gange bedre præcision end ethvert tidligere rumteleskop ved nær- og melleminfrarøde bølgelængder.

Spædbarnsstjerner og kometvugger

Holdet, ledet af McClure og co-principal investigators Adwin Boogert (University of Hawaii) og Harold Linnartz (Universiteit Leiden), planer om at målrette mod Chamaeleon Complex, et stjernedannende område synligt på den sydlige himmel. Den er placeret omkring 500 lysår fra Jorden og indeholder flere hundrede protostjerner, hvoraf de ældste er omkring 1 million år gamle. "Denne region har lidt af alt, hvad vi leder efter, sagde Pontoppidan.

Holdet vil bruge Webbs følsomme infrarøde detektorer til at observere stjerner bag den molekylære sky. Som lys fra de svage, baggrundsstjerner passerer gennem skyen, is i skyen vil absorbere noget af lyset. Ved at observere mange baggrundsstjerner spredt ud over himlen, astronomer kan kortlægge is inden for hele skyens vidde og lokalisere, hvor forskellige iser dannes. De vil også målrette mod individuelle protostjerner i selve skyen for at lære, hvordan ultraviolet lys fra disse spirende stjerner fremmer skabelsen af ​​mere komplekse molekyler.

Astronomer vil også undersøge planeternes fødesteder, roterende skiver af gas og støv kendt som protoplanetariske skiver, der omgiver nydannede stjerner. De vil være i stand til at måle mængderne og den relative overflod af is så tæt som 5 milliarder miles fra spædbarnsstjernen, som handler om Plutos orbitale afstand i vores solsystem.

"Kometer er blevet beskrevet som støvede snebolde. Mindst noget af vandet i Jordens oceaner blev sandsynligvis leveret af påvirkninger fra kometer tidligt i vores solsystems historie. Vi vil se på de steder, hvor kometer dannes omkring andre stjerner, " forklarede Pontoppidan.

Laboratorieforsøg

For at forstå Webbs observationer, videnskabsmænd bliver nødt til at udføre eksperimenter på Jorden. Webbs spektrografer vil sprede indkommende infrarødt lys ind i et regnbuespektrum. Forskellige molekyler absorberer lys ved bestemte bølgelængder, eller farver, resulterer i mørke spektrale linjer. Laboratorier kan måle en række stoffer for at skabe en database med molekylære "fingeraftryk". Når astronomer ser disse fingeraftryk i et spektrum fra Webb, de kan derefter identificere molekylet eller familien af ​​molekyler, der skabte absorptionslinjerne.

"Laboratorieundersøgelser vil hjælpe med at løse to nøglespørgsmål. Det første er, hvilke molekyler der er til stede. Men lige så vigtigt, vi vil se på, hvordan isen kom dertil. Hvordan dannede de sig? Det, vi finder med Webb, vil hjælpe med at informere vores modeller og give os mulighed for at forstå mekanismerne for isdannelse ved meget lave temperaturer, " forklarede Karin Öberg fra Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, en efterforsker på projektet.

"Det vil tage år at mine de data, der kommer ud af Webb, fuldt ud, " tilføjede Öberg.

James Webb-rumteleskopet bliver verdens førende infrarøde rumobservatorium i det næste årti. Webb vil hjælpe menneskeheden med at løse mysterierne i vores solsystem, se ud over til fjerne verdener omkring andre stjerner, og undersøge de mystiske strukturer og oprindelsen af ​​vores univers og vores plads i det. Webb er et internationalt projekt ledet af NASA med dets partnere, ESA (European Space Agency) og CSA (Canadian Space Agency).