Il telescopio spaziale James Webb ha osservato la nube molecolare Chamaleon I identificando la chimica dei ghiacci da cui si formeranno le future stelle e pianeti.

Un team internazionale di astronomi che utilizza il James Webb Space Telescope della NASA ha ottenuto un inventario approfondito dei ghiacci più profondi e freddi misurati fino ad oggi in una nube molecolare. Oltre a semplici ghiacci come l’acqua, il team è stato in grado di identificare forme congelate di un’ampia gamma di molecole, dal solfuro di carbonile, ammoniaca e metano, alla più semplice molecola organica complessa, il metanolo.

I ricercatori hanno considerato le molecole organiche complesse quando hanno sei o più atomi ed è il censimento più completo fino ad oggi degli ingredienti ghiacciati disponibili per creare le future generazioni di stelle e pianeti, prima che vengano riscaldati durante la formazione di giovani stelle.

L’importanza del ghiaccio

Questi grafici mostrano i dati spettrali di tre degli strumenti del James Webb Space Telescope. Oltre a semplici ghiacci come l’acqua, il team scientifico è stato in grado di identificare forme congelate di un’ampia gamma di molecole, dall’anidride carbonica, ammoniaca e metano, alla più semplice molecola organica complessa, il metanolo. Credits: NASA, ESA, CSA e J. Olmsted (STScI)

Se vuoi costruire un pianeta abitabile, il ghiaccio è un ingrediente vitale perché è la principale fonte di diversi elementi chiave: carbonio, idrogeno, ossigeno, azoto e zolfo (detti CHONS). Questi elementi sono importanti sia nelle atmosfere planetarie che in molecole come zuccheri, alcoli e amminoacidi semplici.

Oltre alle molecole identificate, il team ha trovato prove di molecole più complesse del metanolo e, sebbene non abbiano attribuito definitivamente questi segnali a molecole specifiche, ciò dimostra per la prima volta che le molecole complesse si formano nelle gelide profondità delle nubi molecolari prima che nascano le stelle.

L’identificazione di molecole organiche complesse, come il metanolo e potenzialmente l’etanolo, suggerisce anche che i numerosi sistemi stellari e planetari che si sviluppano in questa particolare nube erediteranno molecole in uno stato chimico abbastanza avanzato. Questo potrebbe significare che la presenza di precursori di molecole prebiotiche nei sistemi planetari è un risultato comune della formazione stellare, piuttosto che una caratteristica unica del nostro sistema solare.

Rilevando il solfuro di carbonile del ghiaccio contenente zolfo, i ricercatori sono stati in grado di stimare per la prima volta la quantità di zolfo incorporata nei granelli di polvere ghiacciata pre-stellare. Sebbene la quantità misurata sia maggiore di quanto osservato in precedenza dal James Webb, è ancora inferiore alla quantità totale che dovrebbe essere presente nella nube, in base alla sua densità. Questo vale anche per gli altri elementi CHONS. Una sfida chiave per gli astronomi è capire dove si nascondono questi elementi: nei ghiacci, nei materiali simili alla fuliggine o nelle rocce. La quantità di CHONS in ogni tipo di materiale determina quanto di questi elementi finisce nelle atmosfere degli esopianeti e quanto nei loro interni.

Chamaeleon I

Immagine della NIRCam (Near-Infrared Camera) del James Webb Space Telescope della NASA che mostra la regione centrale della nube molecolare oscura Chamaeleon I a 630 anni luce di distanza da noi. Credits: NASA, ESA, CSA e M. Zamani (ESA)

Il James Webb telescope ha preso di mira i ghiacci sepolti in una regione particolarmente fredda, densa e difficile da studiare della nube molecolare Chamaeleon I, una regione a circa 630 anni luce dalla Terra che è attualmente in procinto di formare dozzine di giovani stelle.

La caratterizzazione chimica dei ghiacci è stata ottenuta studiando come la luce stellare proveniente da dietro la nube molecolare venisse assorbita dalle molecole di ghiaccio all’interno della nube a specifiche lunghezze d’onda infrarosse visibili al James Webb. Questo processo lascia impronte chimiche note come linee di assorbimento che possono essere confrontate con i dati di laboratorio per identificare quali ghiacci (molecole congelate) sono presenti nella nube molecolare. 

Nelle regioni così fredde e dense, gran parte della luce proveniente dalla stella sullo sfondo è bloccata e la sensibilità di Webb è stata necessaria per rilevare la luce stellare e quindi identificare i ghiacci nella nube molecolare.

La ricerca fa parte del progetto Ice Age, uno dei 13 programmi della survey Webb Early Release Science. Queste osservazioni sono progettate per mostrare le capacità di osservazione di Webb e per consentire alla comunità astronomica di imparare come ottenere il meglio dai suoi strumenti. Il team di Ice Age ha già pianificato ulteriori osservazioni e spera di tracciare il viaggio dei ghiacci dalla loro formazione fino all’assemblaggio nelle comete ghiacciate.

Questa è solo la prima di una serie di spettri che saranno ottenute per capire come i ghiacci si evolvono dalla loro sintesi iniziale alle regioni di formazione di comete dei dischi protoplanetari. L’analisi ci dirà quale miscela di ghiacci – e quindi quali elementi – può eventualmente essere consegnata alle superfici degli esopianeti terrestri o incorporata nelle atmosfere di giganti gassosi o pianeti di ghiaccio.

Riferimenti: NASA

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