Das hochfliegende SOFIA-Teleskop gibt Aufschluss darüber, woher einige der Grundbausteine für das Leben stammen könnten. Eine aktuelle Studie veröffentlicht am Das astrophysikalische Tagebuch: Briefe Unter der Leitung von Astronomen der University of Hawaii, darunter Mitarbeiter der University of California Davis, der Johns-Hopkins University, des North Carolina Museum of Natural Sciences, der Appalachian State University und mehrerer internationaler Partner (einschließlich der Finanzierung durch die NASA) Rätsel bei der Planetenbildung: Der chemische Weg des Elements Schwefel und seine Auswirkungen und seine Rolle bei der Bildung von Planeten und Leben.
Nummer 16 im Periodensystem ist Schwefel das zehnthäufigste Element im Universum. Schwefel ist nicht nur ein Spurenelement, das an der Bildung von Staubkörnern um junge Sterne beteiligt ist, die zu Planeten führen, sondern es wird auch vermutet, dass es ein notwendiger Baustein für das Leben ist. Ein Blick auf die Verteilung von Schwefel im Universum könnte uns auch einen Einblick in die Geschichte geben, wie das primitive Leben hier auf der Erde begann.
Für die Studie untersuchten die Forscher sogenannte junge Sternobjekte (YSOs). Dies sind junge Sterne in einem Stadium, bevor sie beginnen, Wasserstoff zu fusionieren, und sie sind in eine staub- und gasreiche Molekülwolke eingebettet. Das spezifische Ziel der Studie war MonR2 IRS3, ein kollabierender Protostern in der sternbildenden Region Monoceros R2. MonR2 IRS3 befindet sich im Sternbild Monoceros, dem Einhorn (manchmal auch als Narwal bekannt) und ist eines von vielen YSOs in der Region, ein Aufbewahrungsort für protoplanetaren Staub und Gas, der einen kollabierenden Kern umgibt.
Nach der YSO-Phase ist das Gas entweder Teil des Sterns, seines Planetensystems, oder es wird weggeblasen. Der Stern beginnt dann, Wasserstoff zu Helium zu verschmelzen, ebenso wie schwerere Elemente, die in massereicheren Sternen zu sehen sind. Junge Sternobjekte wie MonR2 IRS3 sind daher perfekte Laboratorien, um die mysteriöse Chemie zu untersuchen, die bei der Bildung von Planeten und Molekülen zum Leben benötigt wird.
Für die Studie verwendete das Team SOFIA - Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy der NASA - ein umgebautes Boeing 747SP-Flugzeug mit einem 2,5-Meter-Infrarot-Teleskop, das hinter einer Schiebetür montiert und senkrecht zur Flugzeugachse ausgerichtet ist. Hochfliegende SOFIA ist ideal für eine solche Studie, da sie weit über den Großteil des atmosphärischen Wasserdampfs der Erde hinausgehen kann, was die Infrarotastronomie behindert.
Das Team verwendete den am SOFIA-Teleskop montierten hochauflösenden Echelon-Cross-Echelle-Spektrographen („EXES“). Mon2 IRS3 wurde zuvor für eine Studie über Kohlenmonoxid (CO) unter Verwendung des NIRSPEC-Instruments am großen bodengestützten Keck II-Teleskop beobachtet, und diese Beobachtungen halfen bei der SOFIA-Untersuchung von Schwefeldioxid (SO)2), ein Molekül, von dem angenommen wird, dass es ein Aufbewahrungsort für den Schwefel in protoplanetaren Systemen ist. Sirius, der hellste Stern am Himmel, wurde ebenfalls beobachtet, um die Daten zu kalibrieren. Die EXES-Beobachtungen ermöglichten es den Beobachtern, die spektrale Linienbreite von SO zu messen2 zum ersten Mal in der sternbildenden Region sowie Einblicke in die Häufigkeit dieses Moleküls als Schwefelreservoir. Zum Beispiel schmale Linien von warmem SO2 Gas deutet auf eine Sublimation des Eises durch Wärme vom sich bildenden Kern hin, während breite Linien auf Schocks hinweisen, die Schwefel von kleinen Körnern abspritzen. Diese Studie fand eine Untergrenze für SO2 und stellte fest, dass vom heißen MonR2 IRS3-Kern sublimiertes Eis die Quelle des SO sein könnte2 Gas.
Dem Schwefel folgen
Beobachtungen des Schwefelprozesses in einem YSO sind faszinierend. Zum ersten Mal beobachtete das Team die Bildung von SO2 (Schwefeldioxid) in einem heißen Kern, was zeigt, dass diese Art der Bildung mindestens so effizient ist wie bei Schocks. Ferner kann dieser Prozess bei YSOs mit geringerer Masse (d. H. Ähnlich wie bei unserem Sonnensystem, als es sich vor ~ 4,57 Milliarden Jahren bildete) wichtig sein, was zukünftige Beobachtungen bestätigen können.
Zukünftige Arbeiten können auch dazu beitragen, die relative Bedeutung anderer primitiver Schwefelreservoirs festzustellen. Die Betrachtung von Schwefelwasserstoff in YSOs - von denen angenommen wird, dass sie den Hauptschwefel im primitiven Sonnensystem ausmachen - zeigt, dass einfache Strahlungserwärmung und milde Schocks bei der Bildung und Verteilung von Schwefel mindestens genauso effizient sind, wie zuvor durch das Sputtern starker Schocks angenommen wurde . Dies zeigt auch eine starke Verbindung zwischen Schwefelreservoirs in unserem eigenen Sonnensystem im Kometen 67 / P Churyumov-Gerasimenko, das von der Rosetta-Mission der Europäischen Weltraumorganisation von 2014 bis 2016 untersucht wurde.
"Diese Beobachtungen mit dem SOFIA-Teleskop sind der Schlüssel zur Erschließung einiger Geheimnisse protoplanetarer molekularer Reservoire", sagte Dr. Rachel Smith (Naturwissenschaftliches Museum North Carolina / Appalachian State University) Space Magazine. "Durch solche Verbindungen zwischen verschiedenen Datensätzen für ein einzelnes Objekt können wir schließlich ein umfassendes Bild der Entwicklung der Planeten und der für das Leben benötigten Moleküle erstellen."
Was kommt als nächstes für neue Beobachtungen? Zur Bestätigung der Hypothese für die SO2 Reservoir, Follow-up-Beobachtungen von schwefelhaltigem Eis von bevorstehenden Missionen wie dem James Webb-Weltraumteleskop, das 2021 gestartet wurde, und möglicherweise der Verwendung der WFIRST-Mission (das Weitfeld-Infrarot-Weltraumteleskop), die auf Null gesetzt wurde im NASA-Haushaltsvorschlag für das Geschäftsjahr 2020.
Mit der Einführung neuer Teleskope und Verbesserungen bestehender Teleskope könnten wir in der kommenden Dekade in das „goldene Zeitalter der Infrarotastronomie“ eintreten und es den Astronomen ermöglichen, Elemente bis zu ihren ursprünglichen Ursprüngen zurückzuverfolgen.
