Wysoko latający teleskop SOFIA rzuca światło na to, skąd mogły pochodzić niektóre podstawowe elementy składowe życia. Ostatnie badanie opublikowane w dniu The Astrophysical Journal: Letters pod kierownictwem astronomów z Uniwersytetu Hawajskiego, w tym współpracowników z University of California Davis, Johns-Hopkins University, North Carolina Museum of Natural Sciences, Appalachian State University i kilku międzynarodowych partnerów (w tym fundusze z NASA), przyglądali się tajemnica w formowaniu się planet: chemiczna droga siarki pierwiastkowej oraz jej implikacje i rola w tworzeniu planet i życia.
Liczba 16 w układzie okresowym siarka jest dziesiątym najczęściej występującym pierwiastkiem we Wszechświecie. Siarka jest nie tylko pierwiastkiem śladowym zaangażowanym w tworzenie ziaren pyłu wokół młodych gwiazd prowadzących do planet, ale także podejrzewa się, że jest niezbędnym budulcem życia. Spojrzenie na rozkład siarki we Wszechświecie może również dać nam wgląd w historię tego, jak prymitywne życie zaczęło się tutaj na Ziemi.
W ramach badań naukowcy przyjrzeli się tak zwanym młodym obiektom gwiezdnym (YSO). Są to młode gwiazdy na etapie, zanim zaczną stapiać wodór i są osadzone w obłoku molekularnym bogatym w pył i gaz. Konkretnym przedmiotem docelowym w badaniu był MonR2 IRS3, zapadający się protostar w regionie gwiazdotwórczym Monoceros R2. MonR2 IRS3, umiejscowiony w gwiazdozbiorze Jednorożca Monoceros (czasem nazywany również Narwhal), jest jednym z wielu YSO w regionie, składem protoplanetarnego pyłu i gazu otaczającego zapadające się jądro.
Po etapie YSO gaz albo stał się częścią gwiazdy, jej układu planetarnego, albo został wydmuchany. Następnie gwiazda zaczyna stapiać wodór z helem, a także cięższe pierwiastki widoczne w masywniejszych gwiazdach. Młode obiekty gwiezdne, takie jak MonR2 IRS3, są zatem idealnymi laboratoriami do badania tajemniczej chemii zaangażowanej w tworzenie planet i cząsteczek potrzebnych do życia.
Do badań zespół wykorzystał SOFIA - NASA Stratospheric Observatory For Infrared Astronomy - przekształcony samolot Boeing 747SP z 2,5-metrowym teleskopem na podczerwień zamontowanym za przesuwanymi drzwiami i skierowanym prostopadle do osi samolotu. Wysoko latająca SOFIA jest idealna do takich badań, ponieważ może znacznie przekroczyć masę ziemskiej pary wodnej, co utrudnia astronomię w podczerwieni.
Zespół wykorzystał wysokiej rozdzielczości spektrograf Echelon-Cross-Echelle („EXES”) zamontowany na teleskopie SOFIA. Mon2 IRS3 zaobserwowano wcześniej w badaniu nad tlenkiem węgla (CO) za pomocą przyrządu NIRSPEC na dużym naziemnym teleskopie Keck II, a obserwacje te pomogły w badaniu SOFIA dotyczącym dwutlenku siarki (SO2), cząsteczka uważana za repozytorium siarki w układach protoplanetarnych. Zaobserwowano również, że Syriusz, najjaśniejsza gwiazda na niebie, kalibruje dane. Obserwacje EXES pozwoliły obserwatorom zmierzyć szerokość linii widmowej SO2 w regionie gwiazdotwórczym po raz pierwszy, a także uzyskać wgląd w obfitość tej cząsteczki jako rezerwuaru siarki. Na przykład wąskie linie od ciepłego SO2 gaz sugeruje sublimację lodu za pomocą ciepła z formującego się rdzenia, podczas gdy szerokie linie wskazują na wstrząsy wyrzucające siarkę z małych ziaren. Badanie to znalazło dolną granicę dla SO2 obfitość i ustalono, że lody sublimowane z gorącego rdzenia MonR2 IRS3 mogą być źródłem SO2 gaz.
Podążając za siarką
Obserwacje procesu siarkowego w YSO są intrygujące. Po raz pierwszy zespół zaobserwował powstawanie SO2 (dwutlenek siarki) w gorącym rdzeniu, co pokazuje, że ten sposób tworzenia jest co najmniej tak samo skuteczny jak w przypadku wstrząsów. Co więcej, proces ten może być ważny w przypadku mniejszej masy (tj. Bardziej zbliżonej do naszego Układu Słonecznego, gdy formował się około 4,57 miliarda lat temu) YSO, które przyszłe obserwacje mogą pomóc potwierdzić.
Przyszłe prace mogą również pomóc ustalić względne znaczenie innych prymitywnych zasobów siarki. Patrząc na siarkowodór w YSO - uważanym za główny czynnik wpływający na siarkę w prymitywnym układzie słonecznym - pokazuje, że proste ogrzewanie promieniowe i łagodne wstrząsy są co najmniej tak samo skuteczne w tworzeniu i dystrybucji siarki, jak wcześniej sądzono z rozpylania, silnych wstrząsów . Pokazuje to również silny związek między zasobami siarki widocznymi w naszym układzie słonecznym w komecie 67 / P Churyumov-Gerasimenko, który został zbadany w ramach misji Rosetta Europejskiej Agencji Kosmicznej w latach 2014-2016.
„Te obserwacje wykonane teleskopem SOFIA mają kluczowe znaczenie dla odkrycia niektórych tajemnic protoplanetarnych zbiorników molekularnych” - powiedziała dr Rachel Smith (Muzeum Przyrodnicze Karoliny Północnej / Appalachian State University) Magazyn kosmiczny. „Dzięki takim połączeniom między różnymi zestawami danych dla jednego obiektu możemy ostatecznie stworzyć kompleksowy obraz ewolucji planet i cząsteczek potrzebnych do życia”.
Co dalej z nowymi obserwacjami? Aby potwierdzić hipotezę dotyczącą SO2 w rezerwuarze potrzebne są obserwacje lodów zawierających siarkę z nadchodzących misji, takich jak Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba, który wystartuje w 2021 roku, i być może przy użyciu ponownie włączonej, wyłączonej misji WFIRST (Kosmiczny Teleskop Podczerwieni Wide Field), która została wyzerowana we wniosku budżetowym NASA na rok 2020.
Wraz z wprowadzeniem na rynek nowych teleskopów i ulepszeniami już istniejących, wejdziemy w „złoty wiek astronomii w podczerwieni” w nadchodzącej dekadzie, umożliwiając astronomom śledzenie pierwiastków z powrotem do ich pierwotnych początków.
