Ученые создали библиотеку спектров метанового льда для расшифровки данных телескопа «Джеймс Уэбб»
Ученые также обнаружили, что количества метана и углекислого газа в этом объекте коррелируют между собой. Это может означать, что оба вещества формируются совместно уже на ранних этапах возникновения ледяных мантий на частицах межзвездной пыли.
Источник: Антон Васюнин / УрФУ
МОСКВА, 1 апреля. /Новости науки/. Астрохимики из УрФУ впервые получили в лаборатории инфракрасные спектры межзвездных льдов с метаном и на их основе создали библиотеку, которая поможет точнее интерпретировать наблюдения крупнейшего космического телескопа современности — «Джеймса Уэбба». Исследование показало, что в окрестностях молодых звезд метановый лед может быть связан не только с водой, как считалось ранее, но и в значительной степени с углекислым газом, сообщает пресс-служба РНФ.
«Мы разместили полный набор спектров в открытом доступе в репозитории Zenodo, сделав их доступными всему научному сообществу для интерпретации новых наблюдений “Джеймса Уэбба”. Актуальность этих данных будет только расти по мере накопления инфракрасных наблюдений протозвездных и дозвездных объектов», — приводятся в сообщении слова руководителя проекта, поддержанного грантом РНФ, кандидата физико-математических наук, заведующего научной лабораторией астрохимических исследований УрФУ Антона Васюнина.
Как отмечают ученые, метан — одна из самых распространенных молекул межзвездной среды и одновременно один из потенциальных биомаркеров при поиске жизни на экзопланетах. На Земле значительная часть метана образуется в результате жизнедеятельности организмов, прежде всего бактерий, тогда как в космосе он может синтезироваться без участия жизни.
При этом в межзвездной среде метан чаще всего присутствует не в газообразном, а в твердом виде — в составе ледяных оболочек, покрывающих частицы космической пыли. Чтобы обнаружить такие молекулы, астрономы анализируют инфракрасные спектры космических объектов: каждое вещество поглощает свет на своих длинах волн и оставляет уникальный спектральный «отпечаток».
Проблема, однако, заключалась в том, что для метана до сих пор не хватало лабораторных данных: было неизвестно, как именно меняется его спектр в зависимости от того, с какими молекулами он смешан во льду.
Чтобы восполнить этот пробел, исследователи из Уральского федерального университета впервые получили инфракрасные спектры льдов, состоящих из смесей метана с водой, углекислым газом, метанолом и аммиаком. Именно такие вещества входят в состав ледяных мантий на пылевых частицах в темных молекулярных облаках и в областях, где формируются будущие звезды.
Эксперименты проводились на вакуумной установке ISEAge при температурах минус 263 и минус 266 градусов Цельсия, что соответствует условиям в центрах холодных дозвездных ядер. В этих условиях ученые создавали тонкие пленки льда из чистого метана и его смесей с другими соединениями в разных пропорциях.
Оказалось, что метан в составе смесей поглощает инфракрасный свет заметно сильнее, чем в чистом виде. В среднем интенсивность его поглощения была примерно на 20% выше, чем у чистого вещества, параметры которого обычно использовались в прежних расчетах.
По мнению исследователей, это означает, что часть прежних оценок содержания метана в межзвездном льду, сделанных по наблюдениям телескопа «Джеймс Уэбб», могла быть завышена примерно на 20%.
Кроме того, ученые заметили, что смеси метана с метанолом и аммиаком по-особому меняют форму полос поглощения. Это позволяет отличать такой метан от метана, связанного с водяным льдом, и тем самым лучше понимать, в каких астрохимических процессах он возник.
Все полученные спектры исследователи собрали в единую библиотеку и затем сопоставили с данными, которые «Джеймс Уэбб» получил при наблюдении молодой протозвезды B335 в созвездии Орла, расположенной примерно в 537 световых годах от Земли.
Анализ показал, что около 30% твердого метана в окрестностях B335 находится в окружении молекул углекислого газа, а не воды. Иными словами, заметная часть метанового льда в этой системе представляет собой смесь с так называемым «сухим льдом».
Ученые также обнаружили, что количества метана и углекислого газа в этом объекте коррелируют между собой. Это может означать, что оба вещества формируются совместно уже на ранних этапах возникновения ледяных мантий на частицах межзвездной пыли.
В дальнейшем исследователи планируют изучить метановый лед у большего числа протозвезд разных классов, а также попробовать определить соотношение изотопов водорода и углерода в межзвездном метане.
Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда, опубликованы в журнале Astronomy & Astrophysics.
«Мы разместили полный набор спектров в открытом доступе в репозитории Zenodo, сделав их доступными всему научному сообществу для интерпретации новых наблюдений “Джеймса Уэбба”. Актуальность этих данных будет только расти по мере накопления инфракрасных наблюдений протозвездных и дозвездных объектов», — приводятся в сообщении слова руководителя проекта, поддержанного грантом РНФ, кандидата физико-математических наук, заведующего научной лабораторией астрохимических исследований УрФУ Антона Васюнина.
Как отмечают ученые, метан — одна из самых распространенных молекул межзвездной среды и одновременно один из потенциальных биомаркеров при поиске жизни на экзопланетах. На Земле значительная часть метана образуется в результате жизнедеятельности организмов, прежде всего бактерий, тогда как в космосе он может синтезироваться без участия жизни.
При этом в межзвездной среде метан чаще всего присутствует не в газообразном, а в твердом виде — в составе ледяных оболочек, покрывающих частицы космической пыли. Чтобы обнаружить такие молекулы, астрономы анализируют инфракрасные спектры космических объектов: каждое вещество поглощает свет на своих длинах волн и оставляет уникальный спектральный «отпечаток».
Проблема, однако, заключалась в том, что для метана до сих пор не хватало лабораторных данных: было неизвестно, как именно меняется его спектр в зависимости от того, с какими молекулами он смешан во льду.
Чтобы восполнить этот пробел, исследователи из Уральского федерального университета впервые получили инфракрасные спектры льдов, состоящих из смесей метана с водой, углекислым газом, метанолом и аммиаком. Именно такие вещества входят в состав ледяных мантий на пылевых частицах в темных молекулярных облаках и в областях, где формируются будущие звезды.
Эксперименты проводились на вакуумной установке ISEAge при температурах минус 263 и минус 266 градусов Цельсия, что соответствует условиям в центрах холодных дозвездных ядер. В этих условиях ученые создавали тонкие пленки льда из чистого метана и его смесей с другими соединениями в разных пропорциях.
Оказалось, что метан в составе смесей поглощает инфракрасный свет заметно сильнее, чем в чистом виде. В среднем интенсивность его поглощения была примерно на 20% выше, чем у чистого вещества, параметры которого обычно использовались в прежних расчетах.
По мнению исследователей, это означает, что часть прежних оценок содержания метана в межзвездном льду, сделанных по наблюдениям телескопа «Джеймс Уэбб», могла быть завышена примерно на 20%.
Кроме того, ученые заметили, что смеси метана с метанолом и аммиаком по-особому меняют форму полос поглощения. Это позволяет отличать такой метан от метана, связанного с водяным льдом, и тем самым лучше понимать, в каких астрохимических процессах он возник.
Все полученные спектры исследователи собрали в единую библиотеку и затем сопоставили с данными, которые «Джеймс Уэбб» получил при наблюдении молодой протозвезды B335 в созвездии Орла, расположенной примерно в 537 световых годах от Земли.
Анализ показал, что около 30% твердого метана в окрестностях B335 находится в окружении молекул углекислого газа, а не воды. Иными словами, заметная часть метанового льда в этой системе представляет собой смесь с так называемым «сухим льдом».
Ученые также обнаружили, что количества метана и углекислого газа в этом объекте коррелируют между собой. Это может означать, что оба вещества формируются совместно уже на ранних этапах возникновения ледяных мантий на частицах межзвездной пыли.
В дальнейшем исследователи планируют изучить метановый лед у большего числа протозвезд разных классов, а также попробовать определить соотношение изотопов водорода и углерода в межзвездном метане.
Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда, опубликованы в журнале Astronomy & Astrophysics.
