Το τηλεσκόπιο SOFIA που πετάει ψηλά ρίχνει φως στο από πού μπορεί να προέρχονται μερικά από τα βασικά δομικά στοιχεία για τη ζωή. Μια πρόσφατη μελέτη που δημοσιεύτηκε στις The Astrophysical Journal: Letters με επικεφαλής αστρονόμους από το Πανεπιστήμιο της Χαβάης, συμπεριλαμβανομένων συνεργατών από το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια Davis, το Πανεπιστήμιο Johns-Hopkins, το Μουσείο Φυσικών Επιστημών της Βόρειας Καρολίνας, το Appalachian State University και αρκετούς διεθνείς εταίρους (συμπεριλαμβανομένης της χρηματοδότησης από τη NASA), εξέτασαν μια παρατεταμένη μυστήριο στο σχηματισμό πλανητών: το χημική οδός του στοιχείου θείου , και τις επιπτώσεις και τον ρόλο του στο σχηματισμό των πλανητών και της ζωής.
Ο αριθμός 16 στον περιοδικό πίνακα, το θείο είναι το δέκατο πιο κοινό στοιχείο στο Σύμπαν. Το θείο όχι μόνο είναι ένα ιχνοστοιχείο που εμπλέκεται στο σχηματισμό κόκκων σκόνης γύρω από νεαρά αστέρια που οδηγούν σε πλανήτες, αλλά υποπτεύεται επίσης ότι είναι απαραίτητο δομικό στοιχείο για τη ζωή. Εξετάζοντας την κατανομή του θείου στο Σύμπαν θα μπορούσε επίσης να μας δώσει μια εικόνα για την ιστορία του πώς ξεκίνησε η πρωτόγονη ζωή εδώ στη Γη.
Για τη μελέτη, οι ερευνητές εξέτασαν αυτό που είναι γνωστό ως νεαρά αστρικά αντικείμενα (YSOs). Αυτά είναι νεαρά αστέρια σε ένα στάδιο πριν αρχίσουν τη σύντηξη υδρογόνου και είναι ενσωματωμένα σε ένα μοριακό νέφος πλούσιο σε σκόνη και αέριο. Το συγκεκριμένο αντικείμενο που στοχεύτηκε στη μελέτη ήταν το MonR2 IRS3, ένας πρωτόαστρος που καταρρέει στην περιοχή σχηματισμού άστρων Monoceros R2. Βρίσκεται στον αστερισμό του Μονόκερος ο Μονόκερος, (μερικές φορές γνωστός και ως Narwhal) MonR2 IRS3 είναι ένα από τα πολλά YSO στην περιοχή, μια αποθήκη πρωτοπλανητικής σκόνης και αερίου που περιβάλλει έναν πυρήνα που καταρρέει.
Αυτή η δραματική υπέρυθρη εικόνα δείχνει την κοντινή περιοχή σχηματισμού αστεριών Monoceros R2, που βρίσκεται περίπου 2700 έτη φωτός μακριά στον αστερισμό του Monoceros. Η εικόνα δημιουργήθηκε από εκθέσεις στις εγγύς υπέρυθρες ζώνες Y, J και Ks που λήφθηκαν από το τηλεσκόπιο έρευνας VISTA στο Παρατηρητήριο Paranal του ESO. Πίστωση: ESO / J. Έμερσον / VISTA
Μετά το στάδιο YSO, το αέριο είτε έχει γίνει μέρος του άστρου, του πλανητικού του συστήματος, είτε έχει εξαφανιστεί. Το αστέρι στη συνέχεια αρχίζει να συγχωνεύει υδρογόνο σε ήλιο, καθώς και βαρύτερα στοιχεία που φαίνονται σε αστέρια με μεγαλύτερη μάζα. Τα νεαρά αστρικά αντικείμενα όπως το MonR2 IRS3 είναι επομένως τέλεια εργαστήρια για τη διερεύνηση της μυστηριώδους χημείας που εμπλέκεται στο σχηματισμό πλανητών και μορίων που απαιτούνται για τη ζωή.
V1331 Cygni που βρίσκεται στο σκοτεινό σύννεφο LDN 981 — ή, συνηθέστερα, το Lynds 981 — που προηγουμένως ορίστηκε ως αστέρι T Tauri. Το T Tauri είναι ένα νεαρό αστέρι - ή Νεαρό Αστρικό Αντικείμενο - που αρχίζει να συστέλλεται για να γίνει ένα αστέρι της κύριας ακολουθίας παρόμοιο με τον Ήλιο. Αυτός ο τύπος YSO είναι πιο μπροστά στην εξέλιξή του από το MonR2 IRS3. Πίστωση: ESA/Hubble STI/NASA
Για τη μελέτη, η ομάδα χρησιμοποίησε ΣΟΦΙΑ – Stratospheric Observatory For Infrared Astronomy της NASA – ένα μετατρεπόμενο αεροσκάφος Boeing 747SP με τηλεσκόπιο υπερύθρων 2,5 μέτρων τοποθετημένο πίσω από μια συρόμενη πόρτα και στοχεύει κάθετα έναντι του άξονα του αεροσκάφους. Η ψηλή πτήση SOFIA είναι ιδανική για μια τέτοια μελέτη, καθώς μπορεί να φτάσει πολύ πάνω από τον κύριο όγκο των ατμοσφαιρικών υδρατμών της Γης, που εμποδίζει την υπέρυθρη αστρονομία.
Η ομάδα χρησιμοποίησε την υψηλή ανάλυση Φασματογράφος Echelon-Cross-Echelle ('EXES') τοποθετημένο στο τηλεσκόπιο SOFIA. Mon2 IRS3 είχε παρατηρηθεί προηγουμένως για μια μελέτη για το μονοξείδιο του άνθρακα (CO) χρησιμοποιώντας το όργανο NIRSPEC στο μεγάλο, επίγειο τηλεσκόπιο Keck II, και αυτές οι παρατηρήσεις βοήθησαν στην ενημέρωση της έρευνας SOFIA για το διοξείδιο του θείου (SO2), ένα μόριο που πιστεύεται ότι είναι μια αποθήκη για το θείο σε πρωτοπλανητικά συστήματα. Ο Σείριος, το λαμπρότερο αστέρι στον ουρανό, παρατηρήθηκε επίσης για τη βαθμονόμηση των δεδομένων. Οι παρατηρήσεις EXES επέτρεψαν στους παρατηρητές να μετρήσουν το εύρος της φασματικής γραμμής του SO2στην περιοχή σχηματισμού άστρων για πρώτη φορά, καθώς και να αποκτήσουν μια εικόνα για την αφθονία αυτού του μορίου ως δεξαμενή θείου. Για παράδειγμα, στενές γραμμές από ζεστό SO2Το αέριο υποδηλώνει εξάχνωση του πάγου μέσω θερμότητας από τον σχηματιζόμενο πυρήνα, ενώ οι φαρδιές γραμμές είναι ενδεικτικές κραδασμών που εκτοξεύουν θείο από μικρούς κόκκους. Αυτή η μελέτη βρήκε ένα χαμηλότερο όριο για το SO2αφθονία και προσδιόρισε ότι οι πάγοι που εξαχνώθηκαν από τον θερμό πυρήνα MonR2 IRS3 θα μπορούσαν να είναι η πηγή του SO2αέριο.
EXES (που προεξέχει από το στήριγμα στα αριστερά του θεατή) προσαρτημένο στο τηλεσκόπιο SOFIA. Πίστωση: UCDavis
Ακολουθώντας το θείο
Οι παρατηρήσεις της διαδικασίας θείου σε ένα YSO είναι ενδιαφέρουσες. Για πρώτη φορά η ομάδα παρατήρησε τον σχηματισμό του Σ.Ο2(διοξείδιο του θείου) σε θερμό πυρήνα, γεγονός που δείχνει ότι αυτός ο τρόπος σχηματισμού είναι τουλάχιστον εξίσου αποτελεσματικός με τους κραδασμούς. Επιπλέον, αυτή η διαδικασία μπορεί να είναι σημαντική σε YSOs χαμηλότερης μάζας (δηλαδή, περισσότερο παρόμοια με το ηλιακό μας σύστημα όταν σχηματιζόταν πριν από ~ 4,57 δισεκατομμύρια χρόνια), κάτι που μελλοντικές παρατηρήσεις μπορεί να βοηθήσουν στην επιβεβαίωση.
Οι μελλοντικές εργασίες μπορούν επίσης να βοηθήσουν να διαπιστωθεί η σχετική σημασία άλλων πρωτόγονων δεξαμενών θείου. Εξετάζοντας το υδρόθειο στα YSOs —που πιστεύεται ότι είναι ο κύριος παράγοντας θείου στο πρωτόγονο ηλιακό σύστημα— δείχνει ότι η απλή θέρμανση με ακτινοβολία και οι ήπιοι κραδασμοί είναι τουλάχιστον εξίσου αποτελεσματικοί στον σχηματισμό και την κατανομή του θείου, όπως πιστευόταν προηγουμένως από την εκτόξευση, ισχυρούς κραδασμούς . Αυτό δείχνει επίσης μια ισχυρή σύνδεση μεταξύ των δεξαμενών θείου που παρατηρούνται στο δικό μας ηλιακό σύστημα στον κομήτη 67/P Churyumov-Gerasimenko, ο οποίος εξερευνήθηκε από την αποστολή Rosetta της Ευρωπαϊκής Διαστημικής Υπηρεσίας από το 2014 έως το 2016.
«Αυτές οι παρατηρήσεις που έγιναν με το τηλεσκόπιο SOFIA είναι το κλειδί για να ξεκλειδωθούν μερικά από τα μυστικά των πρωτοπλανητικών μοριακών δεξαμενών», είπε η Δρ.Σύμπαν σήμερα.«Μέσα από τέτοιες συνδέσεις μεταξύ διαφορετικών συνόλων δεδομένων για ένα μεμονωμένο αντικείμενο, μπορεί τελικά να δημιουργήσουμε μια ολοκληρωμένη εικόνα της εξέλιξης των πλανητών και των μορίων που απαιτούνται για τη ζωή».
Τι ακολουθεί για νέες παρατηρήσεις; Για να επιβεβαιωθεί η υπόθεση για το SO2δεξαμενή, απαιτούνται επακόλουθες παρατηρήσεις πάγων που περιέχουν θείο από επερχόμενες αποστολές όπως το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb που θα εκτοξευθεί το 2021 και ίσως με τη χρήση της αποστολής on, off ξανά WFIRST (το διαστημικό τηλεσκόπιο υπέρυθρου ευρέως πεδίου) μηδενίστηκε στο NASA FY 2020 πρόταση προϋπολογισμού.
Με την εκτόξευση νέων τηλεσκοπίων και βελτιώσεις σε υπάρχοντα, ίσως εισερχόμαστε στη «χρυσή εποχή της υπέρυθρης αστρονομίας» την επόμενη δεκαετία, επιτρέποντας στους αστρονόμους να εντοπίσουν ιχνοστοιχεία πίσω στην αρχέγονη προέλευσή τους.
