Die beispiellose Fähigkeit von JWST, in die verschleierten Herzen entfernter Wolken zu blicken, hat die Elemente der Biochemie am kältesten und dunkelsten Ort enthüllt, an dem wir sie bisher gesehen haben.
In einer Molekülwolke namens Chamaeleon I, die sich über 500 Lichtjahre von der Erde entfernt befindet, haben Daten des Teleskops das Vorhandensein von gefrorenem Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff, Stickstoff und Schwefel gezeigt – Elemente, die für die Bildung von Atmosphären und Molekülen wie Amino von entscheidender Bedeutung sind Säuren, zusammenfassend bekannt als CHONS.
„Diese Elemente sind wichtige Bestandteile präbiotischer Moleküle wie einfacher Aminosäuren – und damit sozusagen Bestandteile des Lebens“, sagt die Astronomin Maria Drozdovskaya von der Universität Bern in Deutschland.
Darüber hinaus hat ein internationales Forscherteam unter der Leitung der Astronomin Melissa McClure von der Universität Leiden in den Niederlanden auch gefrorene Formen komplexerer Moleküle wie Wasser, Methan, Ammoniak, Carbonylsulfid und das organische Molekül Methanol identifiziert.
In kalten, dichten Klumpen in Molekülwolken werden Sterne und ihre Planeten geboren. Wissenschaftler glauben, dass CHONS und andere Moleküle in der Molekülwolke vorhanden waren, die die Sonne hervorbrachte, von denen einige später über eisige Kometen- und Asteroideneinschläge auf die Erde gelangten.
Obwohl die in Chamaeleon I entdeckten Elemente und Moleküle gerade ruhig herumschweben, könnten sie eines Tages von der Planetenbildung erfasst werden und die für die Entstehung von Leben notwendigen Zutaten auf neue Babyplaneten liefern.
„Unsere Identifizierung komplexer organischer Moleküle wie Methanol und möglicherweise Ethanol deutet auch darauf hin, dass die vielen Stern- und Planetensysteme, die sich in dieser speziellen Wolke entwickeln, Moleküle in einem ziemlich fortgeschrittenen chemischen Zustand erben werden“, erklärt der Astronom Will Rocha vom Leiden Observatory.
„Dies könnte bedeuten, dass das Vorhandensein präbiotischer Moleküle in Planetensystemen eher ein häufiges Ergebnis der Sternentstehung als ein einzigartiges Merkmal unseres eigenen Sonnensystems ist.“
Chamaeleon I ist kalt und dicht, ein dunkles Konglomerat aus Staub und Eis, das eine der erdnächsten aktiven Sternentstehungsregionen darstellt. Eine Zählung seiner Zusammensetzung kann uns daher einiges über die Zutaten sagen, die in die Entstehung von Sternen und Planeten einfließen, und zum Verständnis beitragen, wie diese Zutaten in neu entstehende Welten eingebaut werden.
JWST ist mit seinen leistungsstarken Infrarot-Erkennungsfähigkeiten in der Lage, durch dichten Staub klarer und detaillierter zu sehen als jedes Teleskop zuvor. Das liegt daran, dass infrarote Wellenlängen des Lichts Staubpartikel nicht so streuen wie kürzere Wellenlängen, was bedeutet, dass Instrumente wie JWST effektiv besser durch Staub hindurchsehen können als optische Instrumente wie Hubble.
Um die chemische Zusammensetzung des Staubs in Chamaeleon I zu bestimmen, verlassen sich Wissenschaftler auf Absorptionssignaturen. Sternenlicht, das durch die Wolke wandert, kann von Elementen und Molekülen darin absorbiert werden. Unterschiedliche Chemikalien absorbieren unterschiedliche Wellenlängen. Wenn ein Spektrum des austretenden Lichts gesammelt wird, sind diese absorbierten Wellenlängen dunkler. Wissenschaftler können diese Absorptionslinien dann analysieren, um festzustellen, welche Elemente vorhanden sind.
JWST hat tiefer in Chamaeleon I geblickt, um eine Zählung seiner Zusammensetzung zu erhalten, als wir es je zuvor gesehen haben. Es fand Silikatstaubkörner, die oben erwähnten CHONS und andere Moleküle, und Eis, das mit etwa -263 Grad Celsius (-441 Grad Fahrenheit) kälter war als alle zuvor im Weltraum gemessenen.
Und sie fanden heraus, dass die Menge an CHONS für die Dichte der Wolke geringer war als erwartet, einschließlich nur etwa 1 Prozent des erwarteten Schwefels. Dies deutet darauf hin, dass der Rest der Materialien an Orten eingeschlossen sein könnte, die nicht gemessen werden können – zum Beispiel in Felsen und anderen Mineralien.
Ohne weitere Informationen ist es an dieser Stelle schwierig einzuschätzen, also will das Team mehr Informationen bekommen. Sie hoffen, weitere Beobachtungen zu erhalten, die ihnen helfen, die Entwicklung dieser Eise zu kartieren, von der Beschichtung der staubigen Körner einer Molekülwolke bis zu ihrem Einbau in Kometen und vielleicht sogar bis zur Aussaat von Planeten.
„Dies ist nur der erste einer Reihe von spektralen Schnappschüssen, die wir erhalten werden, um zu sehen, wie sich das Eis von seiner anfänglichen Synthese bis zu den kometenbildenden Regionen protoplanetarer Scheiben entwickelt“, sagt McClure.
„Das wird uns Aufschluss darüber geben, welche Eismischung – und damit welche Elemente – letztendlich auf die Oberflächen terrestrischer Exoplaneten geliefert oder in die Atmosphären von riesigen Gas- oder Eisplaneten aufgenommen werden können.“
Die Forschung wurde in veröffentlicht Naturastronomie.
Und Sie können Versionen von JWSTs Bild von Chamaeleon I in Hintergrundbildgröße hier herunterladen.