Webb finnur lykilkolefnissameind í fyrsta sinn í sólkerfi í mótun
Sævar Helgi Bragason
26. jún. 2023
Fréttir
Mælingar Webb á Sverðþokunni í Óríon, sem beðið var með mikilli eftirvæntingu, leiða í ljós mikilvæga kolefnasameind og veigamikið hlutverk útfjólublás ljóss í tilurð lífsins
Stjörnufræðingar sem notuðu Webb geimsjónaukann hafa í fyrsta sinn fundið metýlkatjón (CH3+) sameindina í frumsólkerfisskífu í kringum unga stjörnu í Sverðþokunni í Óríon. Uppgötvunin er mikilvægur liður í að skilja efnafræðilega þróun sólkerfa í mótun og sýnir líka hversu veigamiklu hlutverki þessi tiltekna sameind gegnir í efnafræði geimskýja. Uppgötvunin undirstrikar líka hversu stóru hlutverki útfjólublátt ljós virðist leika í tilurð lífsins. Greint var frá uppgötvuninni í vísindaritinu Nature.
Sameindir eru gerðar úr tveimur eða fleiri atómum. Þegar sameind hefur auka rafeind er hún kölluð katjón eða bakjón og er þá jákvætt hlaðin, en sé sameindin neikvætt hlaðin vantar hana rafeind og er þá kölluð anjón eða forjón. Fræðast má meira um jónir á Vísindavefnum.
CH3+ eða metýlkatjón er dæmi um kolefniskatjón. Vísindamenn hafa lengi álitið CH3+ sérstaklega mikilvæga í þróun sólkerfa vegna þeirra eiginleika hennar að geta hvarfast auðveldlega við fjölmargar aðrar sameindir.
Metýlkatjónin gegnir þess vegna lykilhlutverki í myndun flóknari kolefnissameinda og -efnasambanda. Slíkar sameindir eru stjörnufræðingum sérstaklega hugleiknar því allt líf, eins og við þekkjum það, er úr kolefni.
Metýlkatjónin er því talin einn af hornsteinum lífrænnar efnafræði í geimnum. Hún hafði þó hafði aldrei fundist á stjörnumyndunarsvæði fyrr en nú, þökk sé litrófsmælingum Webb-sjónaukans og tilraunum efnafræðinga í tilraunastofum á Jörðinni.
Sameindin fannst í sólkerfi í mótun sem kallast d203-506 og er í 1350 ljósára fjarlægð í Sverðþokunni miklu í Óríon. Þótt móðurstjarnan í d203-506 sé lítil og köld rauð dvergstjarna, aðeins 10% af massa sólar, rignir öflugri útfjólublárri geislun yfir kerfið frá ungum, heitum og efnismiklum stjörnum í nágrenninu.
Óríonrifið eða -röndin í Sverðþokunni á mynd Webb geimsjónaukans. Óríonrifið er eins konar fyrirstaða þar sem orkuríkt útfjólublátt ljós frá stjörnunum í miðri Sverðþokunni (sem sjást ekki á myndinni) skellur á og jónar þétt sameindaský. Orkan frá geisluninni veðrar Óríon-rifið hægt og bítandi sem hefur ótrúleg áhrif á sameindirnar og efnafræðina í frumskífunum í kringum nýfæddar stjörnur á svæðinu. Gula- og appelsínugula slettan á innfelldu myndinni er jónuð frumsólkerfisskífa, sólkerfi í mótun, sem kallast d203-506 en í henni fann Webb merki um CH3+, metýlkatjón, sem leikur lykilhlutverk í myndun kolefnasambanda í sólkerfum. Mynd: ESA/Webb, NASA, CSA, M. Zamani (ESA/Webb), the PDRs4All ERS Team
Talið er að flest sólkerfi í mótun verði fyrir miklum ágangi útfjólublás ljóss snemma í þróunarsögu sinni. Stjörnur verða nefnilega til í hópum sem geyma efnismiklar og orkuríkar stjörnur sem gefa frá sér mikið útfjólublátt ljós.
Rannsóknir á loftsteinum renna stoðum undir það. Þær benda til að frumsólkerfisskífan sem myndaði sólkerfið okkar hafi orðið fyrir miklu útfjólubláu ljósi frá systursólum sólarinnar okkar, risastjörnum sem nú eru löngu horfnar. Þetta ljós hafði talsverð áhrif á þróun efnanna í skífunni sem leiddi að lokum til lífsins á Jörðinni.
Þótt útfjólublátt ljós hafi alla jafna mikinn eyðileggingarmátt virðist orka þess aftur á móti hjálpa CH3+ sameindarinnar að verða til.
Mælingar Webbs benda ennfremur til að útfjólublátt ljós hafi gríðarmikil áhrif á efnafræði frumsólkerfisskífa. Þær benda til að skífur sem verða fyrir minna útfjólubláu ljósi séu vatnsríkari en en þær sem verða meiri áhrifum útfjólublás ljóss.
„Uppgötvunin var aðeins möguleg fyrir tilverknað stjörnufræðinga, líkanasmiða og tilraunaefnafræðinga sem tóku höndum saman til að skilja þær einstöku mælingar sem Webb gerir. Að finna CH3+ staðfestir ekki aðeins ótrúleg greinigæði James Webb geimsjónaukans, heldur staðfestir líka mikilvægi CH3+ í geimefnafræði,“ sagði Marie-Aline Martin, litrófsfræðingur hjá Paris-Saclay háskóla í Frakklandi.
Webb finnur lykilkolefnissameind í fyrsta sinn í sólkerfi í mótun
Sævar Helgi Bragason 26. jún. 2023 Fréttir
Mælingar Webb á Sverðþokunni í Óríon, sem beðið var með mikilli eftirvæntingu, leiða í ljós mikilvæga kolefnasameind og veigamikið hlutverk útfjólublás ljóss í tilurð lífsins
Stjörnufræðingar sem notuðu Webb geimsjónaukann hafa í fyrsta sinn fundið metýlkatjón (CH3+) sameindina í frumsólkerfisskífu í kringum unga stjörnu í Sverðþokunni í Óríon. Uppgötvunin er mikilvægur liður í að skilja efnafræðilega þróun sólkerfa í mótun og sýnir líka hversu veigamiklu hlutverki þessi tiltekna sameind gegnir í efnafræði geimskýja. Uppgötvunin undirstrikar líka hversu stóru hlutverki útfjólublátt ljós virðist leika í tilurð lífsins. Greint var frá uppgötvuninni í vísindaritinu Nature.
Sameindir eru gerðar úr tveimur eða fleiri atómum. Þegar sameind hefur auka rafeind er hún kölluð katjón eða bakjón og er þá jákvætt hlaðin, en sé sameindin neikvætt hlaðin vantar hana rafeind og er þá kölluð anjón eða forjón. Fræðast má meira um jónir á Vísindavefnum.
CH3+ eða metýlkatjón er dæmi um kolefniskatjón. Vísindamenn hafa lengi álitið CH3+ sérstaklega mikilvæga í þróun sólkerfa vegna þeirra eiginleika hennar að geta hvarfast auðveldlega við fjölmargar aðrar sameindir.
Metýlkatjónin gegnir þess vegna lykilhlutverki í myndun flóknari kolefnissameinda og -efnasambanda. Slíkar sameindir eru stjörnufræðingum sérstaklega hugleiknar því allt líf, eins og við þekkjum það, er úr kolefni.
Metýlkatjónin er því talin einn af hornsteinum lífrænnar efnafræði í geimnum. Hún hafði þó hafði aldrei fundist á stjörnumyndunarsvæði fyrr en nú, þökk sé litrófsmælingum Webb-sjónaukans og tilraunum efnafræðinga í tilraunastofum á Jörðinni.
Sameindin fannst í sólkerfi í mótun sem kallast d203-506 og er í 1350 ljósára fjarlægð í Sverðþokunni miklu í Óríon. Þótt móðurstjarnan í d203-506 sé lítil og köld rauð dvergstjarna, aðeins 10% af massa sólar, rignir öflugri útfjólublárri geislun yfir kerfið frá ungum, heitum og efnismiklum stjörnum í nágrenninu.
Óríonrifið eða -röndin í Sverðþokunni á mynd Webb geimsjónaukans. Óríonrifið er eins konar fyrirstaða þar sem orkuríkt útfjólublátt ljós frá stjörnunum í miðri Sverðþokunni (sem sjást ekki á myndinni) skellur á og jónar þétt sameindaský. Orkan frá geisluninni veðrar Óríon-rifið hægt og bítandi sem hefur ótrúleg áhrif á sameindirnar og efnafræðina í frumskífunum í kringum nýfæddar stjörnur á svæðinu. Gula- og appelsínugula slettan á innfelldu myndinni er jónuð frumsólkerfisskífa, sólkerfi í mótun, sem kallast d203-506 en í henni fann Webb merki um CH3+, metýlkatjón, sem leikur lykilhlutverk í myndun kolefnasambanda í sólkerfum. Mynd: ESA/Webb, NASA, CSA, M. Zamani (ESA/Webb), the PDRs4All ERS Team
Talið er að flest sólkerfi í mótun verði fyrir miklum ágangi útfjólublás ljóss snemma í þróunarsögu sinni. Stjörnur verða nefnilega til í hópum sem geyma efnismiklar og orkuríkar stjörnur sem gefa frá sér mikið útfjólublátt ljós.
Rannsóknir á loftsteinum renna stoðum undir það. Þær benda til að frumsólkerfisskífan sem myndaði sólkerfið okkar hafi orðið fyrir miklu útfjólubláu ljósi frá systursólum sólarinnar okkar, risastjörnum sem nú eru löngu horfnar. Þetta ljós hafði talsverð áhrif á þróun efnanna í skífunni sem leiddi að lokum til lífsins á Jörðinni.
Þótt útfjólublátt ljós hafi alla jafna mikinn eyðileggingarmátt virðist orka þess aftur á móti hjálpa CH3+ sameindarinnar að verða til.
Mælingar Webbs benda ennfremur til að útfjólublátt ljós hafi gríðarmikil áhrif á efnafræði frumsólkerfisskífa. Þær benda til að skífur sem verða fyrir minna útfjólubláu ljósi séu vatnsríkari en en þær sem verða meiri áhrifum útfjólublás ljóss.
„Uppgötvunin var aðeins möguleg fyrir tilverknað stjörnufræðinga, líkanasmiða og tilraunaefnafræðinga sem tóku höndum saman til að skilja þær einstöku mælingar sem Webb gerir. Að finna CH3+ staðfestir ekki aðeins ótrúleg greinigæði James Webb geimsjónaukans, heldur staðfestir líka mikilvægi CH3+ í geimefnafræði,“ sagði Marie-Aline Martin, litrófsfræðingur hjá Paris-Saclay háskóla í Frakklandi.