הטלסקופ SOFIA בעל הטסים הגבוהים שופך אור על המקורות שמקורם בחלק מאבני הבניין הבסיסיות לכל החיים. מחקר שפורסם לאחרונה ב- כתב העת האסטרופיסי: מכתבים בראשות אסטרונומים מאוניברסיטת הוואי, כולל משתפי פעולה מאוניברסיטת דייוויס מאוניברסיטת קליפורניה, אוניברסיטת ג'ונס-הופקינס, מוזיאון צפון קרוליינה למדעי הטבע, אוניברסיטת אפלצ'יאן, וכמה שותפים בינלאומיים (כולל מימון של נאס"א), הסתכלו על התמשכות תעלומה ביצירת כדור הארץ: המסלול הכימי של היסוד גופרית, והשלכותיו ותפקידו ביצירת כוכבי לכת וחיים.
מספר 16 בטבלה המחזורית, גופרית היא היסוד העשירי בשכיחות היקום. לא רק שהגופרית היא גורם עיקרי המעורב בעיכול של גרגרי אבק סביב כוכבים צעירים המובילים לכוכבי לכת, זה גם חשוד שהוא אבן בניין הכרחית לכל החיים. התבוננות בהתפלגות הגופרית ביקום יכולה גם לתת לנו תובנה לסיפור כיצד החלו החיים הפרימיטיביים כאן בכדור הארץ.
לצורך המחקר, החוקרים בדקו מה שמכונה חפצים מהממים צעירים (YSOs). אלה הם כוכבים צעירים בשלב לפני שהם מתחילים למזג מימן, ומוטבעים בענן מולקולרי עשיר באבק ובגז. האובייקט הספציפי שממוקד במחקר היה MonR2 IRS3, פרוטוסטאר מתמוטט באזור Monoceros R2 היוצר כוכבים. ממוקם בקבוצת הכוכבים מונוצ'רוס חד-הקרן, (לעיתים ידוע גם בשם נרוואל). MonR2 IRS3 הוא אחד מרבים מ- YSO באזור, מאגר אבק וגז פרוט-פלנטריים המקיף גרעין קורס.
לאחר שלב ה- YSO, הפך הגז לחלק מהכוכב, מהמערכת הפלנטרית שלו, או שהוא מפוצץ. לאחר מכן הכוכב מתחיל למזג מימן להליום, כמו גם אלמנטים כבדים יותר הנראים בכוכבים מאסיביים יותר. אובייקטים כוכבים צעירים כמו MonR2 IRS3 הם אפוא מעבדות מושלמות לחקר הכימיה המסתורית הכרוכה בהיווצרות כוכבי לכת ומולקולות הנחוצות לכל החיים.
לצורך המחקר השתמש הצוות ב- SOFIA - מצפה הכוכבים הסטרטוספירי של נאס"א לאסטרונומיה אינפרא אדום - מטוס בואינג 747SP שהוסב עם טלסקופ אינפרא אדום באורך 2.5 מטרים שהוצב מאחורי דלת הזזה ומכוון בניצב לעומת ציר המטוס. SOFIA מעופף גבוה אידיאלי למחקר כזה, מכיוון שהוא יכול להגיע הרבה מעבר לרוב אדי המים האטמוספריים של כדור הארץ, מה שמפריע לאסטרונומיה של האינפרא אדום.
הצוות השתמש בספקטרוגרף Echelon-Cross-Echelle ברזולוציה גבוהה (EXES) שהוצב בטלסקופ SOFIA. Mon2 IRS3 נצפה בעבר במחקר שנערך על פחמן חד חמצני (CO) באמצעות מכשיר NIRSPEC על הטלסקופ הגדול והקרקעי מבוסס Keck II, ותצפיות אלה סייעו להודיע לחקירת SOFIA על דו תחמוצת הגופרית (SO)2), מולקולה שנחשבת למאגר לגופרית במערכות פרוט-פלנטריות. סיריוס, הכוכב הבהיר ביותר בשמיים, נצפה גם כיול הנתונים. תצפיות ה- EXES אפשרו לתצפיות לאמוד את רוחב הקו הספקטרלי של SO2 באזור היוצר כוכבים לראשונה, כמו גם לקבל תובנות לגבי שפע מולקולה זו כמאגר גופרית. לדוגמה, קווים צרים מ- SO חמים2 הגז מציע סובלימציה של קרח דרך החום מהליבה היוצרת, בעוד שקווים רחבים מעידים על זעזועים המפזרים גופרית מדגנים קטנים. מחקר זה מצא גבול נמוך יותר ל- SO2 שפע, וקבעו שקים שעברו סובלימציה מהליבה החמה MonR2 IRS3 יכולים להיות המקור ל- SO2 גז.
בעקבות הגופרית
התצפיות על תהליך הגופרית ב- YSO מסקרנות. לראשונה הצוות צפה בהיווצרות ה- SO2 (דו תחמוצת הגופרית) בליבה חמה, מה שמראה שמצב היווצרות זה יעיל לפחות כמו בזעזועים. יתרה מזאת, תהליך זה עשוי להיות חשוב במסה נמוכה יותר (כלומר דומה יותר למערכת השמש שלנו כאשר נוצר לפני 4.57 מיליארד שנים) YSOs, אשר תצפיות עתידיות עשויות לעזור לאשר.
עבודה עתידית עשויה לעזור גם בביסוס החשיבות היחסית של מאגרי גופרית פרימיטיביים אחרים. התבוננות במימן גופריתי ב- YSOs - שנחשבה לתורמת הגופרית העיקרית במערכת השמש הפרימיטיבית - מראה כי חימום קרינתי פשוט וזעזועים קלים יעילים לפחות בהיווצרות והפצה של גופרית, כפי שהיה נהוג לחשוב מהלם זעזוע חזק . זה מראה גם על קשר חזק בין מאגרי גופרית שנראו במערכת השמש שלנו בכוכב שביט 67 / P Churyumov-Gerasimenko, שנחקר על ידי משימת רוזטה של סוכנות החלל האירופית בין השנים 2014-2016.
ד"ר רחל סמית '(מוזיאון צפון קרוליינה למדעי הטבע / אוניברסיטת אפלצ'יה) אמרה כי "תצפיות אלה שנערכו באמצעות טלסקופ SOFIA הן המפתח לשחרור חלק מסודות המאגרים המולקולאריים הפרוטופלאנריים. מגזין החלל. "באמצעות קשרים כאלה בין מערכי נתונים שונים עבור אובייקט בודד, אנו עשויים לבנות תמונה כוללת של התפתחות כוכבי הלכת והמולקולות הדרושות לחיים."
מה הבא לתצפיות חדשות? כדי לעזור לאשר את ההשערה לגבי ה- SO2 מאגר, יש צורך בתצפיות מעקב אחר אייס המכיל גופרית ממשימות הקרובות כמו טלסקופ החלל ג'יימס ווב, שהושק בשנת 2021, ואולי באמצעות המשימה הפעלה, שוב, משימת WFIRST (טלסקופ החלל הרחב אינפרא אדום שדה) שהוחלט על אפס. בהצעת התקציב של נאס"א FY 2020.
עם ההשקה של טלסקופים חדשים ושיפורים לקיימים, הם עשויים להיכנס ל"תור הזהב של אסטרונומיה אינפרא אדום "בעשור הבא, ומאפשרים לאסטרונומים להתחקות אחר אלמנטים בחזיתם הקדמונית.
