Esta imagen de la cámara de infrarrojo cercano (NIRCam) del telescopio espacial James Webb de la NASA muestra el centro de la nube molecular oscura Chameleon I, a 630 años luz de distancia. Material nuboso frío y brillante (azul, centro) iluminado en infrarrojo por la luz rosa de la protoestrella saliente Ced 110 IRS 4 (naranja, arriba a la izquierda). La luz de las abundantes estrellas del fondo, vistas como puntos anaranjados detrás de la nube, se utiliza para detectar hielo en la nube, que absorbe la luz de las estrellas que las atraviesa. Cuadro grande
Utilizando JWST, un equipo de investigadores que incluía a Paola Caselli, Barbara Michela Giuliano y Basile Husquinet del MPE sondearon más profundamente en los densos núcleos de nubes, revelando detalles del hielo interestelar que antes no eran observables. El estudio se centra en la región Chameleon I utilizando la NIRCam de JWST para medir líneas espectroscópicas hacia cientos de estrellas detrás de la nube.
Por primera vez, se han detectado características espectroscópicas débiles llamadas «OH colgantes», que indican que las moléculas de agua no están completamente unidas al hielo. Estas características pueden rastrear la porosidad y la transformación de los granos de hielo a medida que evolucionan desde nubes moleculares hasta discos protoplanetarios. El descubrimiento avanza en nuestra comprensión de la estructura de los granos de hielo y su papel en la formación de planetas.
La sensibilidad sin precedentes del JWST le permite sondear profundamente los densos núcleos de hielo de las nubes, donde la destrucción es tan alta que eludió observaciones anteriores. Estas líneas de visión son el eslabón perdido entre la formación inicial de granos de hielo en las superficies de los granos de polvo en las nubes moleculares y la agregación de granos de hielo en planetas de hielo, que ocurre en el disco protoplanetario alrededor de una estrella naciente. Una mirada más profunda a los orígenes de las estrellas proporcionará nuevas pistas sobre estos cambios en los granos de hielo.
Las observaciones de la parte más densa de la nube con el instrumento NIRCam de JWST permitieron mediciones espectroscópicas simultáneas de las líneas de visión detrás de cientos de estrellas en el Proyecto Edad de Hielo, que apunta a la región Chameleon I, la región de nubes más densa y cercana a nosotros en la Vía Láctea. la nube
La luz emitida por estas estrellas interactúa con los granos de hielo a medida que atraviesan la nube antes de ser capturada y detectada por el gran espejo del JWST. Hasta ahora, ha sido posible medir las principales e intensas características de absorción asociadas a las principales especies del hielo: agua, dióxido de carbono, monóxido de carbono, metanol y amoníaco. Gracias al gran tamaño del espejo del telescopio, ahora podemos medir características muy débiles.
Ilustración de varios escenarios de enlaces OH observados en la nube oscura Cha I con JWST. Tres características espectrales. © NASA, ESA, CSA y M. Zamani (ESA/Webb); Ciencia: MK McClure (Universidad de Leiden), F. Sun (Observatorio Steward), Z. Smith (Universidad Abierta) y el equipo de The Ice Age ERS.
Estudios más profundos de las posiciones y perfiles de características espectroscópicas débiles revelan ciertos estados físicos de la materia. Aquí, somos los primeros en identificar un conjunto específico de bandas muy débiles conectadas solo a una pequeña fracción de las moléculas de agua en el hielo.
Las características espectroscópicas, denominadas 'OH colgantes' por los astrofísicos de laboratorio que las han medido en hielos de laboratorio durante décadas, corresponden a moléculas de agua que no están completamente unidas dentro del hielo y pueden detectarse dentro de los granos de hielo o en las superficies e interfaces del agua. Está íntimamente mezclado con otras especies moleculares del hielo.
Las características del 'OH colgante' se encuentran en una región espectral inaccesible desde la Tierra, por lo que han sido buscadas intensivamente desde la década de 1990, cuando los observatorios espaciales anteriores que cubrían ese rango espectral carecían de la combinación necesaria de resolución espectral y sensibilidad para detectarlas. Sólo proporcionan límites superiores. Ahora, en la era JWST, estas firmas se pueden utilizar para rastrear los cambios de los granos de hielo en el viaje hacia la formación de planetas.
Si se detectan, estas firmas se pueden utilizar para determinar la porosidad de las capas de hielo, lo que significa que su presencia indica granos «esponjosos» con alta porosidad, mientras que su ausencia indica compactación y aglomeración. Aunque esta sencilla explicación sigue siendo objeto de debate, la detección exitosa de estas firmas significa que ahora podemos buscarlas en diferentes contextos y en diferentes momentos durante la formación estelar. Formado en diferentes condiciones.
«El descubrimiento de una característica de unión suspendida en agua en las capas de hielo demuestra la importancia de la astrofísica de laboratorio para interpretar los datos del JWST», afirma Barbara Michaela Giuliano, una de las autoras. «La información detallada sobre las propiedades físicas de los hielos observados requiere un amplio apoyo del laboratorio para desentrañar las características espectrales observadas en las regiones densas del medio galáctico y los discos protoplanetarios. Aquí en el CAS nos complace brindar ese apoyo», añade.
«La alta sensibilidad del JWST, combinada con impresionantes avances en astrofísica de laboratorio, finalmente nos permite estudiar la estructura física y la composición química de los hielos interestelares en detalle. Esto proporcionará las estrictas limitaciones en el modelado químico/dinámico necesario para reconstruir nuestra historia astroquímica, desde desde nubes galácticas hasta discos protoplanetarios y sistemas estelares como el nuestro. Es muy importante ser parte de este esfuerzo», afirma Paola Caselli, quien, junto con su estudiante de doctorado Basil Haskinet, contribuyó al artículo.
El estudio muestra que en la nube hay granos de hielo «esponjosos», que afectan la química que puede ocurrir en estas regiones, lo que lleva a la formación de un alto grado de complejidad química. El descubrimiento abre una nueva ventana a la formación de planetas y, en última instancia, nos permite desarrollar una idea de la distribución espacial y la variabilidad de estas características espectrales de los hielos y cómo se forman en su viaje desde nubes moleculares hasta discos protoplanetarios y planetas. .
Astronomía, Astrofísica,
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