Un team internazionale di astronomi, utilizzando il telescopio spaziale James Webb della NASA/ESA/CSA, ha scoperto una varietà di molecole, che vanno da quelle relativamente semplici come il metano a composti complessi come l'acido acetico e l'etanolo, nelle protostelle allo stadio iniziale dove i pianeti non si sono ancora formati . Questi sono gli ingredienti chiave per creare mondi potenzialmente abitabili.
La presenza di molecole organiche complesse (COM) nella fase solida nelle protostelle è stata prevista per la prima volta decenni fa da esperimenti di laboratorio, e rilevazioni provvisorie di queste molecole sono state effettuate da altri telescopi spaziali. Ciò include il programma Early Release Science Ice Age di Webb, che ha scoperto diversi ghiacci nelle regioni più scure e fredde di una nuvola molecolare misurata fino ad oggi.
Ora, con la risoluzione spettrale e la sensibilità senza precedenti del Mid-InfraRed Instrument (MIRI) di Webb, come parte del programma JOYS+ (James Webb Observations of Young ProtoStars), questi COM sono stati identificati individualmente e hanno confermato la loro presenza nei ghiacci interstellari. Ciò include il rilevamento accurato di acetaldeide, etanolo (ciò che chiamiamo alcol), formiato di metile e probabilmente acido acetico (l'acido nell'aceto) nella fase solida.
"Questa scoperta contribuisce a una delle domande di vecchia data dell'astrochimica", ha affermato il leader del team Will Rocha dell'Università di Leiden nei Paesi Bassi. "Qual è l'origine dei COM nello spazio? Sono prodotti in fase gassosa o nei ghiacci? Il rilevamento dei COM nei ghiacci suggerisce che le reazioni chimiche in fase solida sulle superfici dei granelli di polvere fredda possono costruire tipi complessi di molecole."
Poiché diversi COM, compresi quelli rilevati nella fase solida in questa ricerca, erano stati precedentemente rilevati nella fase gassosa calda, ora si ritiene che provengano dalla sublimazione dei ghiacci. La sublimazione consiste nel passare direttamente dallo stato solido allo stato gassoso senza diventare liquido. Pertanto, la rilevazione di COM nei ghiacci fa sperare gli astronomi di sviluppare una migliore comprensione delle origini di altre molecole ancora più grandi nello spazio.
Harold Linnartz ha guidato per molti anni il Laboratorio di Astrofisica di Leida e ha coordinato le misurazioni dei dati utilizzati nello studio pubblicato su Astronomy &Astrophysics . Ewine van Dishoeck dell'Università di Leiden, uno dei coordinatori del programma JOYS+, ha dichiarato:"Harold era particolarmente felice che il lavoro di laboratorio sugli incarichi COM potesse svolgere un ruolo importante dato che è passato molto tempo per arrivare qui."
Gli scienziati sono anche ansiosi di esplorare in che misura questi COM vengono trasportati sui pianeti in fasi molto successive dell’evoluzione della protostella. I COM nei ghiacci vengono trasportati in modo più efficiente nei dischi che formano i pianeti rispetto al gas proveniente dalle nuvole. Questi COM ghiacciati possono quindi essere ereditati da comete e asteroidi che a loro volta potrebbero scontrarsi con pianeti in formazione. In questo scenario i COM possono essere consegnati a quei pianeti, fornendo potenzialmente gli ingredienti affinché la vita possa prosperare.
Il team scientifico ha rilevato anche molecole più semplici, tra cui metano, acido formico (che rende dolorosa la puntura delle formiche), anidride solforosa e formaldeide. L'anidride solforosa in particolare consente al team di studiare il budget di zolfo disponibile nelle protostelle. Inoltre, è di interesse prebiotico perché la ricerca esistente suggerisce che i composti contenenti zolfo hanno svolto un ruolo importante nel guidare le reazioni metaboliche sulla Terra primitiva. Sono stati rilevati anche ioni negativi; fanno parte di sali cruciali per lo sviluppo di ulteriore complessità chimica a temperature più elevate. Ciò indica che i ghiacci potrebbero essere molto più complessi e richiedere ulteriori ricerche.
Di particolare interesse è che una delle sorgenti indagate, IRAS 2A, è caratterizzata come una protostella di piccola massa. IRAS 2A potrebbe quindi avere somiglianze con gli stadi primordiali del nostro sistema solare. Se è così, le specie chimiche identificate in questa fonte erano probabilmente presenti nelle prime fasi di sviluppo del nostro sistema solare e furono successivamente trasportate sulla Terra primitiva.
Tutte queste molecole possono diventare parte di comete e asteroidi ed eventualmente di nuovi sistemi planetari quando il materiale ghiacciato viene trasportato verso l'interno dei dischi che formano i pianeti mentre il sistema protostellare si evolve", ha affermato van Dishoeck. "Non vediamo l'ora di seguire questo percorso astrochimico". passo dopo passo con ulteriori dati Webb nei prossimi anni."
Altro lavoro recente di Pooneh Nazari dell'Osservatorio di Leiden, pubblicato su arXiv preprint, aumenta anche le speranze degli astronomi di trovare maggiore complessità nei ghiacci, in seguito ai tentativi di rilevamento di cianuro di metile e cianuro di etile dai dati Webb NIRSpec. Nazari afferma:"È impressionante come Webb ora ci permetta di sondare ulteriormente la chimica del ghiaccio fino al livello dei cianuri, ingredienti importanti nella chimica prebiotica."
Ulteriori informazioni: W. R. M. Rocha et al, JWST Observations of Young protoStars (JOYS+):rilevamento di ioni e molecole organiche complesse ghiacciate, Astronomia e astrofisica (2024). DOI:10.1051/0004-6361/202348427
P. Nazari et al, Caccia ai cianuri complessi nei ghiacci protostellari con JWST:rilevamento provvisorio di CH3CN e C2H5CN, arXiv (2024). DOI:10.48550/arxiv.2401.07901
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