詹姆斯韦伯太空望远镜揭开了恒星前冰化学

　　这张由美国宇航局詹姆斯韦伯太空望远镜的近红外相机（NIRCam）拍摄的图像以Chamaeleon I暗分子云的中心区域为特色，该区域位于630光年之外。寒冷，纤细的云层物质（蓝色，中心）在红外线下被年轻的流出的原恒星Ced 110 IRS 4（橙色，左上角）的光芒照亮。来自许多背景恒星的光，在云后面被视为橙色点，可用于检测云中的冰，这些冰吸收穿过它们的星光。（图片来源：NASA、ESA、CSA、M. Zamani（ESA））

　　天文学家已经盘点了迄今为止冷分子云中最深的冰。他们使用来自名为NIR38的背景恒星的光来照亮名为Chamaeleon I的乌云.云中的冰吸收了某些波长的红外光，留下了称为吸收线的光谱指纹。这些线表示分子云中存在哪些物质。这些图表显示了詹姆斯韦伯太空望远镜的三个仪器的光谱数据。除了像水这样的简单冰之外，科学团队还能够识别各种分子的冷冻形式，从二氧化碳，氨和甲烷到最简单的复杂有机分子甲醇。（NASA，ESA，CSA和J. Olmsted（STScI））

　　据美国宇航局（劳拉·贝茨）：如果你想建造一个宜居的星球，冰是一种重要的成分，因为它们是几种关键元素的主要来源——即碳、氢、氧、氮和硫（这里称为CHONS）。这些元素是行星大气和糖、醇和简单氨基酸等分子中的重要成分。

　　一个国际天文学家团队使用美国宇航局的詹姆斯韦伯太空望远镜获得了迄今为止在分子云中测量的最深，最冷的冰的深入清单。除了像水这样的简单冰之外，该团队还能够识别各种分子的冷冻形式，从羰基硫化物，氨和甲烷，到最简单的复杂有机分子甲醇。（研究人员认为有机分子在拥有六个或更多原子时是复杂的。这是迄今为止最全面的冰成分普查，可用于制造未来几代恒星和行星，在年轻恒星形成过程中加热它们之前。

　　“我们的研究结果提供了对星际尘埃颗粒上冰形成的初始黑暗化学阶段的见解，这些尘埃颗粒将长成厘米大小的鹅卵石，行星从中形成圆盘，”荷兰莱顿天文台的天文学家Melissa McClure说，他是观测计划的首席研究员，也是描述这一结果的论文的主要作者。“这些观察结果为制造生命构建块所需的简单和复杂分子的形成途径打开了一扇新窗口。

　　除了已鉴定的分子外，研究小组还发现了比甲醇更复杂的分子的证据，尽管他们没有明确地将这些信号归因于特定的分子，但这首次证明了复杂分子在恒星诞生之前在分子云的冰冷深处形成。

　　“我们对复杂的有机分子的鉴定，如甲醇和潜在的乙醇，也表明在这个特殊的云中发展的许多恒星和行星系统将继承相当先进的化学状态的分子，”莱顿天文台的天文学家Will Rocha补充道。“这可能意味着行星系统中益生元分子前体的存在是恒星形成的常见结果，而不是我们太阳系的独特特征。

　　通过检测含硫的冰羰基硫化物，研究人员首次能够估计嵌入冰冷的前恒星尘埃颗粒中的硫含量。虽然测量的数量比以前观察到的要大，但根据其密度，它仍然小于预计存在于该云中的总量。其他CHONS元素也是如此。天文学家面临的一个关键挑战是了解这些元素的藏身之处：在冰、烟尘状物质或岩石中。每种材料中CHONS的数量决定了这些元素中有多少最终进入系外行星大气层，有多少元素在其内部。

　　“事实上，我们还没有看到我们期望的所有CHONS，这可能表明它们被锁定在我们无法测量的岩石或烟灰材料中，”麦克卢尔解释说。“这可能会使类地行星的体积组成更加多样化。

　　冰的化学表征是通过研究来自分子云之外的星光如何在韦伯可见的特定红外波长下被云中的冰分子吸收来完成的。这个过程留下了称为吸收线的化学指纹，可以与实验室数据进行比较，以确定分子云中存在哪些冰（冷冻分子）。在这项研究中，研究小组的目标是埋藏在Chamaeleon I分子云中一个特别寒冷，密集且难以调查的区域，该区域距离地球约500光年，目前正在形成数十颗年轻恒星。

　　“如果没有韦伯，我们根本无法观察到这些冰，”马里兰州巴尔的摩太空望远镜科学研究所的韦伯项目科学家克劳斯·庞托皮丹（Klaus Pontoppidan）阐述道，他参与了这项研究。“冰在连续的背景星光下显示为凹陷。在如此寒冷和密集的地区，来自背景恒星的大部分光线都被阻挡了，韦伯的精湛灵敏度对于探测星光并因此识别分子云中的冰是必要的。

　　这项研究是冰河时代项目的一部分，该项目是韦伯的13个早期释放科学项目之一。这些观测旨在展示韦伯的观测能力，并让天文学界学习如何充分利用其仪器。冰河时代团队已经计划了进一步的观测，并希望追踪冰从形成到冰彗星组合的旅程。

　　“这只是我们将获得的一系列光谱快照中的第一个，以了解冰如何从最初的合成演变到原行星盘的彗星形成区域，”麦克卢尔总结道。“这将告诉我们哪种冰混合物 - 因此哪些元素 - 最终可以输送到类地系外行星的表面或纳入巨型气体或冰行星的大气层。

　　这些结果发表在1月23日的《自然天文学》上。

　　詹姆斯韦伯太空望远镜是世界上首屈一指的空间科学天文台。韦伯将解开我们太阳系的谜团，超越其他恒星周围的遥远世界，并探索我们宇宙的神秘结构和起源以及我们在其中的位置。韦伯是由美国宇航局与其合作伙伴ESA（欧洲航天局）和加拿大航天局领导的国际计划。