يلقي تلسكوب SOFIA عالي التحليق الضوء على مصدر بعض اللبنات الأساسية للحياة. نشرت دراسة حديثة في مجلة الفيزياء الفلكية: رسائل بقيادة علماء فلك من جامعة هاواي ، بما في ذلك متعاونون من جامعة كاليفورنيا ديفيس ، وجامعة جونز هوبكنز ، ومتحف نورث كارولينا للعلوم الطبيعية ، وجامعة ولاية أبالاتشيان ، والعديد من الشركاء الدوليين (بما في ذلك التمويل من وكالة ناسا) ، نظروا في اللغز في تكوين الكواكب: المسار الكيميائي لعنصر الكبريت ، وانعكاساته ودوره في تكوين الكواكب وحياتها.
رقم 16 في الجدول الدوري ، الكبريت هو العنصر العاشر الأكثر شيوعًا في الكون. لا يعتبر الكبريت عنصرًا مقتفيًا مشاركًا في تكوين حبيبات الغبار حول النجوم الفتية المؤدية إلى الكواكب فحسب ، بل يشتبه أيضًا في كونه لبنة ضرورية للحياة. إن النظر إلى توزيع الكبريت في الكون يمكن أن يمنحنا أيضًا نظرة ثاقبة لقصة كيف بدأت الحياة البدائية هنا على الأرض.
بالنسبة للدراسة ، نظر الباحثون إلى ما يعرف بـ أجسام نجمية شابة (YSOs). هذه نجوم شابة في مرحلة ما قبل أن تبدأ في اندماج الهيدروجين ، وهي جزء لا يتجزأ من سحابة جزيئية غنية بالغبار والغاز. كان الكائن المحدد المستهدف في الدراسة هو MonR2 IRS3 ، وهو نجم أولي منهار في منطقة تشكل النجوم Monoceros R2. تقع في كوكبة مونوسيروس وحيد القرن (المعروف أيضًا باسم Narwhal) MonR2 IRS3 هو واحد من العديد من YSOs في المنطقة ، وهو مستودع لغبار الكواكب الأولية والغازات المحيطة بنواة منهارة.
تُظهر هذه الصورة المثيرة للأشعة تحت الحمراء منطقة تشكل النجوم القريبة Monoceros R2 ، التي تقع على بعد حوالي 2700 سنة ضوئية في كوكبة Monoceros. تم إنشاء الصورة من التعريضات في نطاقات الأشعة تحت الحمراء القريبة Y و J و Ks التي التقطتها تلسكوب المسح VISTA في مرصد Paranal التابع لـ ESO. تنسب إليه: ESO / J. ايمرسون / فيستا
بعد مرحلة YSO ، أصبح الغاز إما جزءًا من النجم أو نظامه الكوكبي أو يتم تفجيره بعيدًا. يبدأ النجم بعد ذلك في دمج الهيدروجين في الهيليوم ، وكذلك العناصر الأثقل التي تظهر في النجوم الأكثر ضخامة. تعتبر الأجسام النجمية الشابة مثل MonR2 IRS3 مختبرات مثالية للتحقيق في الكيمياء الغامضة التي تشارك في تكوين الكواكب والجزيئات اللازمة للحياة.
يقع V1331 Cygni في السحابة المظلمة LDN 981 - أو بشكل أكثر شيوعًا ، Lynds 981 - الذي تم تعريفه سابقًا على أنه نجم T Tauri. T Tauri هو نجم شاب - أو كائن نجمي شاب - بدأ في الانكماش ليصبح نجم تسلسل رئيسي مشابه للشمس. هذا النوع من YSO هو في تطوره أكثر من MonR2 IRS3. تنسب إليه: ESA / Hubble STI / NASA
للدراسة ، استخدم الفريق صوفيا - مرصد الستراتوسفير التابع لوكالة ناسا لعلم الفلك بالأشعة تحت الحمراء - طائرة بوينج 747SP محولة مع تلسكوب يعمل بالأشعة تحت الحمراء بطول 2.5 متر مثبت خلف باب منزلق وموجه بشكل عمودي مقابل محور الطائرة. يعد SOFIA الذي يحلق على ارتفاع عالٍ مثاليًا لمثل هذه الدراسة ، حيث يمكنه تجاوز الجزء الأكبر من بخار الماء في الغلاف الجوي للأرض ، مما يعيق علم الفلك بالأشعة تحت الحمراء.
استخدم الفريق الدقة العالية مطياف Echelon-Cross-Echelle ('EXES') المركبة على تلسكوب SOFIA. تمت ملاحظة Mon2 IRS3 سابقًا لدراسة حول أول أكسيد الكربون (CO) باستخدام أداة NIRSPEC على تلسكوب Keck II الكبير الأرضي ، وقد ساعدت هذه الملاحظات في إعلام تحقيق SOFIA عن ثاني أكسيد الكبريت (SO2) ، وهو جزيء يُعتقد أنه مستودع للكبريت في أنظمة الكواكب الأولية. كما لوحظ أن سيريوس ، ألمع نجم في السماء ، لمعايرة البيانات. سمحت ملاحظات EXES للمراقبين بقياس عرض الخط الطيفي لـ SO2في منطقة تشكل النجوم لأول مرة ، وكذلك اكتساب نظرة ثاقبة على وفرة هذا الجزيء كمستودع للكبريت. على سبيل المثال ، خطوط ضيقة من SO الدافئة2يشير الغاز إلى تسامي الجليد عن طريق الحرارة من قلب التكوين ، بينما تشير الخطوط العريضة إلى الصدمات التي تنثر الكبريت من الحبيبات الصغيرة. وجدت هذه الدراسة حدًا أدنى لـ SO2وفرة ، وقررت أن الجليد المتسامي من النواة الساخنة MonR2 IRS3 يمكن أن يكون مصدر SO2غاز.
EXES (بارز من الحامل على يسار العارض) مثبت على تلسكوب SOFIA. تنسب إليه: UCDavis
بعد الكبريت
ملاحظات عملية الكبريت في YSO مثيرة للاهتمام. لأول مرة ، لاحظ الفريق تشكيل SO2(ثاني أكسيد الكبريت) في قلب ساخن ، مما يدل على أن هذا النمط من التكوين يكون على الأقل بنفس كفاءة الصدمات. علاوة على ذلك ، قد تكون هذه العملية مهمة في الكتلة المنخفضة (أي أقرب إلى نظامنا الشمسي عندما كان يتشكل منذ حوالي 4.57 مليار سنة) YSOs ، والتي قد تساعد الملاحظات المستقبلية في تأكيدها.
قد يساعد العمل المستقبلي أيضًا في تحديد الأهمية النسبية لخزانات الكبريت البدائية الأخرى. يُظهر النظر إلى كبريتيد الهيدروجين في YSOs - الذي يُعتقد أنه المساهم الرئيسي للكبريت في النظام الشمسي البدائي - أن التسخين الإشعاعي البسيط والصدمات الخفيفة لهما نفس الكفاءة على الأقل في تكوين وتوزيع الكبريت ، كما كان يُعتقد سابقًا من الصدمات القوية القوية. . يوضح هذا أيضًا وجود صلة قوية بين خزانات الكبريت التي شوهدت في نظامنا الشمسي في Comet 67 / P Churyumov-Gerasimenko ، والذي تم استكشافه بواسطة بعثة Rosetta التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية من 2014 إلى 2016.
قالت الدكتورة راشيل سميث (متحف نورث كارولينا للعلوم الطبيعية / جامعة ولاية أبالاتشي): 'هذه الملاحظات المأخوذة بواسطة تلسكوب صوفيا هي مفتاح لفتح بعض أسرار الخزانات الجزيئية للكواكب الأولية'الكون اليوم.'من خلال هذه الروابط بين مجموعات البيانات المختلفة لجسم واحد ، يمكننا في النهاية بناء صورة شاملة لتطور الكواكب والجزيئات اللازمة للحياة.'
ما التالي للملاحظات الجديدة؟ للمساعدة في تأكيد فرضية SO2الخزان ، هناك حاجة إلى ملاحظات متابعة للجليد المحتوي على الكبريت من المهمات القادمة مثل إطلاق تلسكوب جيمس ويب الفضائي في عام 2021 ، وربما استخدام on مرة أخرى ، وإيقاف مهمة WFIRST (تلسكوب الفضاء واسع المجال بالأشعة تحت الحمراء) الذي كان تم تسليط الضوء عليها في NASA FY 2020 اقتراح الميزانية.
مع إطلاق التلسكوبات الجديدة وإدخال تحسينات على التلسكوبات الحالية ، ربما ندخل 'العصر الذهبي لعلم فلك الأشعة تحت الحمراء' في العقد القادم ، مما يسمح لعلماء الفلك بتتبع العناصر إلى أصولها البدائية.