Det højtflyvende SOFIA-teleskop kaster lys over, hvor nogle af de grundlæggende byggesten til livet muligvis stammer fra. En nylig undersøgelse offentliggjort den The Astrophysical Journal: Letters ledet af astronomer fra University of Hawaii, inklusive samarbejdspartnere fra University of California Davis, Johns-Hopkins University, North Carolina Museum of Natural Sciences, Appalachian State University og adskillige internationale partnere (inklusive finansiering fra NASA), så på en langvarig mysterium i planetdannelse: den kemiske bane for elementet svovl, og dets implikationer og rolle i dannelsen af planeter og liv.
Nummer 16 på det periodiske system, svovl er det tiende mest almindelige element i universet. Ikke kun er svovl et sporstofelement, der er involveret i opformering af støvkorn omkring unge stjerner, der fører til planeter, det antages også at være en nødvendig byggesten til livet. Når man ser på distributionen af svovl i universet, kunne det også give os indsigt i historien om, hvordan det primitive liv begyndte her på Jorden.
For undersøgelsen kiggede forskere på, hvad der er kendt som unge stjernestykke (YSO'er). Dette er unge stjerner på et tidspunkt, før de begynder at smelte brint, og er indlejret i en molekylær sky rig på støv og gas. Det specifikke objekt, der var målrettet i undersøgelsen, var MonR2 IRS3, en sammenbrudende protostar i Monoceros R2-stjernedannende region. Beliggende i stjernebilledet Monoceros the Unicorn, (nogle gange også kendt som Narwhal), MonR2 IRS3 er en af mange YSO'er i regionen, et depot af protoplanetært støv og gas, der omgiver en kollapsende kerne.
Efter YSO-stadiet er gassen enten blevet en del af stjernen, dens planetariske system eller blæst væk. Stjernen begynder derefter at smelte brint til helium såvel som tungere elementer, der ses i mere massive stjerner. Unge stjernelige genstande som MonR2 IRS3 er således perfekte laboratorier til at undersøge den mystiske kemi involveret i dannelsen af planeter og molekyler, der er nødvendige for livet.
Til undersøgelsen brugte teamet SOFIA - NASA's Stratospheric Observatory For Infrared Astronomy - et konverteret Boeing 747SP-fly med et 2,5-meter infrarødt teleskop monteret bag en skydedør og sigtede vinkelret mod flyets akse. Højflyvende SOFIA er ideel til en sådan undersøgelse, da den kan komme langt over hovedparten af Jordens atmosfæriske vanddamp, hvilket hindrer infrarød astronomi.
Holdet brugte den høje opløsning Echelon-Cross-Echelle Spectrograph (“EXES”) monteret på SOFIA-teleskopet. Mon2 IRS3 var tidligere blevet observeret for en undersøgelse af kulilte (CO) ved hjælp af NIRSPEC-instrumentet på det store, jordbaserede Keck II-teleskop, og disse observationer hjalp med at informere SOFIA-undersøgelsen af svovldioxid (SO)2), et molekyle, der menes at være et oplagringssted for svovl i protoplanetære systemer. Sirius, den lyseste stjerne på himlen, blev også observeret for at kalibrere dataene. EXES-observationer gjorde det muligt for observatører at måle den spektrale linjebredde af SO2 i det stjernedannende område for første gang, samt få indsigt i overflod af dette molekyle som et svovlreservoir. For eksempel smale linjer fra varm SO2 gas antyder sublimering af is via varme fra den dannende kerne, mens brede linjer er tegn på stød, der sputter svovl fra små korn. Denne undersøgelse fandt en lavere grænse for SO2 overflod og bestemte, at is sublimeret fra MonR2 IRS3 hot core kunne være kilden til SO2 gas.
Efter svovlen
Observationer af svovlprocessen i en YSO er spændende. For første gang observerede holdet dannelsen af SO2 (svovldioxid) i en varm kerne, hvilket viser, at denne dannelsesform er mindst lige så effektiv som ved chok. Desuden kan denne proces være vigtig i lavere masse (dvs. mere beslægtet med vores solsystem, da det dannede ~ 4,57 milliarder år siden) YSO'er, hvilket fremtidige observationer kan hjælpe med at bekræfte.
Fremtidens arbejde kan også hjælpe med at fastlægge den relative betydning af andre primitive svovlbeholdere. Ser man på hydrogensulfid i YSO'er - der antages at være den største svovlbidragter i det primitive solsystem - viser det, at simpel strålevarme og milde chok er mindst lige så effektive i dannelse og distribution af svovl, som man tidligere troede fra sputterende, stærke stød . Dette viser også en stærk forbindelse mellem reservoirer af svovl set i vores eget solsystem i Comet 67 / P Churyumov-Gerasimenko, som blev undersøgt af Det Europæiske Rumorganisations Rosetta-mission fra 2014 til 2016.
”Disse observationer taget med SOFIA-teleskopet er nøglen til at låse nogle af hemmelighederne bag protoplanetære molekylmagasiner op,” fortalte Dr. Rachel Smith (North Carolina Museum of Natural Sciences / Appalachian State University) Space Magazine. "Gennem sådanne forbindelser mellem forskellige datasæt for et enkelt objekt kan vi til sidst opbygge et omfattende billede af udviklingen af planeter og de molekyler, der er nødvendige for livet."
Hvad er det næste til nye observationer? For at hjælpe med at bekræfte hypotesen for SO2 reservoir, der er behov for opfølgningsobservationer af svovlholdige is fra kommende missioner såsom James Webb-rumteleskopet, der blev lanceret i 2021, og måske ved hjælp af on igen, slukket igen WFIRST-mission (Wide Field Infrared Space Telescope), der blev nulstillet i NASA FY 2020-budgettet.
Med lanceringen af nye teleskoper og forbedringer af eksisterende, kan de indtaste 'guldalderen for infrarød astronomi' i den kommende dekade, så astronomer kan spore elementer tilbage til deres primordialorigins.
