يلقي تلسكوب SOFIA العالي الضوء على المكان الذي نشأت منه بعض اللبنات الأساسية للحياة. نشرت دراسة حديثة في المجلة الفيزيائية الفلكية: رسائل بقيادة علماء الفلك من جامعة هاواي ، بما في ذلك المتعاونين من جامعة كاليفورنيا ديفيس ، وجامعة جونز هوبكنز ، ومتحف نورث كارولينا للعلوم الطبيعية ، وجامعة ولاية أبالاتشي ، والعديد من الشركاء الدوليين (بما في ذلك التمويل من وكالة ناسا) ، نظروا إلى الغموض في تكوين الكوكب: المسار الكيميائي لعنصر الكبريت ، وآثاره ودوره في تكوين الكواكب والحياة.
الرقم 16 في الجدول الدوري ، الكبريت هو العنصر العاشر الأكثر شيوعًا في الكون. لا يقتصر الأمر على أن الكبريت هو عنصر التتبع الذي يشارك في تكوين حبيبات الغبار حول النجوم الصغيرة التي تؤدي إلى الكواكب ، بل يشتبه أيضًا في كونه لبنة ضرورية للحياة. إن النظر في توزيع الكبريت في الكون يمكن أن يعطينا أيضًا نظرة ثاقبة في قصة كيف بدأت الحياة البدائية هنا على الأرض.
من أجل الدراسة ، نظر الباحثون إلى ما يُعرف بالأجسام النجمية الشابة (YSOs). هذه نجوم شابة في مرحلة قبل أن تبدأ في دمج الهيدروجين ، وهي مغمورة في سحابة جزيئية غنية بالغبار والغاز. كان الهدف المحدد في الدراسة هو MonR2 IRS3 ، وهو انهيار أولي في منطقة تشكيل النجوم Monoceros R2. تقع MonR2 IRS3 في كوكبة Monoceros the Unicorn (تُعرف أحيانًا باسم Narwhal) وهي واحدة من العديد من YSOs في المنطقة ، وهي مستودع للغبار والغاز الكواكب الأولية المحيطة بنهار منهار.
بعد مرحلة YSO ، أصبح الغاز إما جزءًا من النجم ، أو نظامه الكوكبي ، أو أنه في مهب. ثم يبدأ النجم في دمج الهيدروجين في الهيليوم ، وكذلك العناصر الأثقل التي يمكن رؤيتها في النجوم الأكثر ضخامة. وبالتالي فإن الأشياء النجمية الشابة مثل MonR2 IRS3 هي مختبرات مثالية لدراسة الكيمياء الغامضة التي ينطوي عليها تكوين الكواكب والجزيئات اللازمة للحياة.
للدراسة ، استخدم الفريق SOFIA - مرصد الستراتوسفير لعلم الفلك بالأشعة تحت الحمراء التابع لناسا - طائرة بوينج 747SP محولة مع تلسكوب الأشعة تحت الحمراء 2.5 متر مثبت خلف باب منزلق وموجه بشكل عمودي مقابل محور الطائرة. تعتبر SOFIA عالية التحليق مثالية لمثل هذه الدراسة ، حيث يمكن أن تتجاوز بكثير بخار الماء في الغلاف الجوي للأرض ، مما يعوق علم الفلك بالأشعة تحت الحمراء.
استخدم الفريق جهاز التصوير عالي الدقة Echelon-Cross-Echelle ("EXES") المثبت على تلسكوب SOFIA. تمت ملاحظة Mon2 IRS3 سابقًا من أجل دراسة عن أول أكسيد الكربون (CO) باستخدام أداة NIRSPEC على تلسكوب Keck II الأرضي الكبير ، وساعدت هذه الملاحظات على إعلام تحقيق SOFIA بثاني أكسيد الكبريت (SO2) ، جزيء يعتقد 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 SO2 في المنطقة المكونة للنجوم لأول مرة ، وكذلك اكتساب نظرة ثاقبة عن وفرة هذا الجزيء كخزان كبريت. على سبيل المثال ، خطوط ضيقة من SO الدافئة2 يشير الغاز إلى التسامي بالجليد عن طريق الحرارة من قلب التكوين ، في حين أن الخطوط العريضة تدل على الصدمات التي تفرز الكبريت من الحبوب الصغيرة. وجدت هذه الدراسة الحد الأدنى ل SO2 وفرة ، وقررت أن الجليد المتسامي من النواة الساخنة MonR2 IRS3 يمكن أن يكون مصدر SO2 غاز.
بعد الكبريت
ملاحظات عملية الكبريت في YSO مثيرة للاهتمام. وللمرة الأولى ، لاحظ الفريق تشكيل SO2 (ثاني أكسيد الكبريت) في قلب ساخن ، مما يدل على أن هذا النمط من التكوين فعال على الأقل كما هو الحال في الصدمات. علاوة على ذلك ، قد تكون هذه العملية مهمة في الكتلة المنخفضة (أي أقرب إلى نظامنا الشمسي عندما كان يتشكل قبل 4.57 مليار سنة مضت) 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 - التي يُعتقد أنها المساهم الرئيسي للكبريت في النظام الشمسي البدائي - أن التسخين الإشعاعي البسيط والصدمات الخفيفة على الأقل فعالان في تكوين وتوزيع الكبريت ، كما كان يُعتقد سابقًا من الرذاذ والصدمات القوية . يُظهر هذا أيضًا رابطًا قويًا بين مكامن الكبريت التي شوهدت في نظامنا الشمسي في المذنب 67 / P Churyumov-Gerasimenko ، والتي تم استكشافها من قبل بعثة روزيتا التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية من 2014 إلى 2016.
وقالت الدكتورة راشيل سميث (متحف نورث كارولاينا للعلوم الطبيعية / جامعة ولاية أبالاتشيان): "هذه الملاحظات المأخوذة باستخدام تلسكوب SOFIA هي مفتاح لفتح بعض أسرار الخزانات الجزيئية الكواكب الأولية". مجلة الفضاء. "من خلال هذه الروابط بين مجموعات البيانات المختلفة لكائن واحد ، قد ننشئ في النهاية صورة شاملة لتطور الكواكب والجزيئات اللازمة للحياة".
ما الخطوة التالية للملاحظات الجديدة؟ للمساعدة في تأكيد فرضية SO2 الخزان وملاحظات المتابعة للجلد المحتوي على الكبريت مطلوبة من المهمات القادمة مثل إطلاق تلسكوب جيمس ويب الفضائي في عام 2021 ، وربما باستخدام تشغيل مرة أخرى ، مرة أخرى ، إيقاف مهمة WFIRST (تلسكوب الفضاء الواسع بالأشعة تحت الحمراء) في اقتراح ميزانية وكالة ناسا للسنة المالية 2020.
مع إطلاق التلسكوبات الجديدة والتحسينات الموجودة في التلسكوبات الحالية ، قد يدخل "العصر الذهبي لعلم الأشعة تحت الحمراء" في العقد القادم ، مما يسمح للفلكيين بتتبع العناصر مرة أخرى إلى أصولهم البدائية.
