Джеймс Уэбб «направят» на поиски воды в молекулярных облаках

Молекулярное облако представляет собой межзвездное облако пыли, газа и различных молекул — от молекулярного водорода до сложных, содержащих углерод органических веществ. Молекулярные облака удерживают большую часть воды во Вселенной и служат яслями для новорождённых звёзд и их планет. Космический телескоп имени Джеймса Уэбба, запуск которого ожидается весной 2019 года, будет вглядываться в эти космические резервуары, чтобы получить новые представления о происхождении и эволюции воды и других ключевых строительных блоков для обитаемых планет.

Внутри этих облаков — на поверхностях крошечных пылевых зёрен — атомы водорода соединяются с кислородом, образуя воду. Углерод соединяется с водородом в метан. Азот образует связи с водородом для создания аммиака. Все эти молекулы прилипают к поверхности пыльных пятен, накапливая ледяные слои на протяжении миллионов лет. Результат — обширная коллекция «снежинок», которые проносятся сквозь новорождённые планеты и доставляют необходимые для жизни материалы.

«Если мы сможем понять химическую сложность этих льдов в молекулярном облаке и как они эволюционируют при образовании звезды и её планет, то сможем оценить, должны ли существовать строительные блоки для жизни в каждой звездной системе», — рассказала Мелисса Макклюр из Амстердамского университета, главный исследователь проекта по исследованию космических льдов.

«Мы планируем использовать различные инструменты и возможности космического телескопа имени Джеймса Уэбба не только для исследования близлежащего звездообразовательного региона, но и чтобы понять, как лучше использовать Уэбб для изучения космических льдов», — заявил Клаус Понтоппидан из Института исследований космоса с помощью космического телескопа. Как ожидается, спектрографы космического телескопа Джеймса Уэбба — NIRSpec и MIRI — обеспечат до пяти раз лучшую точность, чем инструменты любого предыдущего космического телескопа на ближней и средней инфракрасной длинах волн.

Исследовательская команда, возглавляемая Мелиссой Макклюр совместно с Эдвином Богертом [Гавайский университет] и Гарольдом Линнарцем [Лейденский университет], планирует направить космический телескоп на Комплекс Хамелеона — область звездообразования, видимая в южной части неба. Этот регион расположен на расстоянии примерно в 500 световых лет от Земли и содержит несколько сотен протозвёзд, возраст старейших из которых оценивается в один миллион лет. «В этом регионе есть немного всего, что мы ищем», — добавил Клаус Понтоппидан.

© NASA, ESA, the Hubble Heritage Team

Команда будет использовать чувствительные инфракрасные детекторы телескопа имени Джеймса Уэбба для наблюдения за звёздами, находящимися за молекулярным облаком. Как только свет от этих слабых, фоновых звёзд пройдёт через облако, льды в молекулярном облаке поглотят часть света. Наблюдая за множеством фоновых звёзд, астрономы могут определять местонахождение разных форм льда. Они также будут нацелены на отдельные протозвёзды внутри самого облака для того, чтобы узнать, как ультрафиолетовый свет от этих зарождающихся звёзд способствует созданию более сложных молекул.

«Кометы описывают как пыльные снежки. По крайней мере, часть воды в океанах Земли, вероятно, была доставлена в результате воздействия комет в начале истории Солнечной системы. Мы будем смотреть на места, где кометы формируются вокруг других звезд», — пояснил Понтоппидан.

Чтобы понять наблюдения космического телескопа Джеймса Уэбба, учёным нужно будет провести эксперименты на Земле. Спектрографы Джеймса Уэбба распространят входящий инфракрасный свет в радужный спектр. Различные молекулы поглощают свет на определённых длинах волн или цветах, что приводит к тёмным спектральным линиям. Лаборатории могут измерять разнообразные вещества для создания базы молекулярных «отпечатков пальцев». И когда астрономы увидят эти отпечатки в спектрографах Уэбба, они смогут идентифицировать молекулу или семейство молекул, которые создали линии поглощения.

«Лабораторные исследования помогут решить два ключевых вопроса. Первый — это какие именно молекулы присутствуют. Но так же важно, как в космосе появились льды. Как они сформировались? То, что мы найдем с помощью телескопа Уэбба, поможет наполнить наши модели информацией и понять механизмы формирования льда при очень низких температурах», — пояснила Карин Эберг из Гарвардско-Смитсоновского центра астрофизики, исследователь проекта.

Космический телескоп имени Джеймса Уэбба станет главной в мире инфракрасной космической обсерваторией следующего десятилетия. Джеймс Уэбб поможет человечеству разгадать тайны Солнечной системы, заглянуть за пределы далёких миров вокруг других звёзд, а также исследовать таинственные структуры и истоки Вселенной.