Le télescope SOFIA de haut vol fait la lumière sur l'origine de certains des éléments de base de la vie. Une étude récente publiée sur The Astrophysical Journal: Letters dirigé par des astronomes de l'Université d'Hawaï, y compris des collaborateurs de l'Université de Californie Davis, de l'Université Johns-Hopkins, du North Carolina Museum of Natural Sciences, de l'Appalachian State University et de plusieurs partenaires internationaux (y compris un financement de la NASA), mystère dans la formation des planètes: la voie chimique du soufre élément, ses implications et son rôle dans la formation des planètes et de la vie.
Numéro16 sur le tableau périodique, le soufre est le dixième élément le plus courant dans l'Univers. Non seulement le soufre est un élément traceur impliqué dans la formation des grains de poussière autour des jeunes étoiles menant aux planètes, mais il est également soupçonné d'être un élément de construction nécessaire à la vie. Regarder la distribution du soufre dans l'Univers pourrait également nous donner un aperçu de l'histoire de la façon dont la vie primitive a commencé ici sur Terre.
Pour l'étude, les chercheurs ont examiné ce que l'on appelle les jeunes objets stellaires (YSO). Ce sont de jeunes étoiles à un stade avant de commencer la fusion de l'hydrogène et elles sont intégrées dans un nuage moléculaire riche en poussière et en gaz. L'objet spécifique ciblé dans l'étude était MonR2 IRS3, un protostar s'effondrant dans la région de formation d'étoiles de Monoceros R2. Situé dans la constellation de Monoceros la Licorne, (parfois aussi connu sous le nom de narval), MonR2 IRS3 est l'un des nombreux YSO de la région, un dépôt de poussière et de gaz protoplanétaires entourant un noyau qui s'effondre.
Après l'étape YSO, le gaz est soit devenu une partie de l'étoile, son système planétaire, soit est emporté. L'étoile commence alors à fusionner l'hydrogène en hélium, ainsi que des éléments plus lourds observés dans des étoiles plus massives. Les jeunes objets stellaires tels que MonR2 IRS3 sont donc des laboratoires parfaits pour étudier la chimie mystérieuse impliquée dans la formation des planètes et des molécules nécessaires à la vie.
Pour l'étude, l'équipe a utilisé SOFIA - l'Observatoire stratosphérique de la NASA pour l'astronomie infrarouge - un Boeing 747SP converti avec un télescope infrarouge de 2,5 mètres monté derrière une porte coulissante et dirigé perpendiculairement à l'axe de l'avion. La SOFIA de haut vol est idéale pour une telle étude, car elle peut dépasser de loin la majeure partie de la vapeur d'eau atmosphérique de la Terre, ce qui entrave l'astronomie infrarouge.
L'équipe a utilisé le spectrographe haute résolution Echelon-Cross-Echelle («EXES») monté sur le télescope SOFIA. Mon2 IRS3 avait déjà été observé pour une étude sur le monoxyde de carbone (CO) à l'aide de l'instrument NIRSPEC sur le grand télescope Keck II au sol, et ces observations ont aidé à éclairer l'enquête de SOFIA sur le dioxyde de soufre (SO2), une molécule qui serait un dépositaire du soufre dans les systèmes protoplanétaires. Sirius, l'étoile la plus brillante du ciel, a également été observée pour calibrer les données. Les observations EXES ont permis aux observateurs de mesurer la largeur de raie spectrale de SO2 dans la région de formation d'étoiles pour la première fois, ainsi que d'avoir un aperçu de l'abondance de cette molécule en tant que réservoir de soufre. Par exemple, des lignes étroites de SO chaud2 le gaz suggère une sublimation de la glace par la chaleur du noyau en formation, tandis que les lignes larges indiquent des chocs pulvérisant du soufre sur les petits grains. Cette étude a trouvé une limite inférieure pour le SO2 abondance, et a déterminé que les glaces sublimées du noyau chaud MonR2 IRS3 pourraient être la source du SO2 gaz.
Suivre le soufre
Les observations du processus de soufre dans un YSO sont intrigantes. Pour la première fois, l'équipe a observé la formation de SO2 (dioxyde de soufre) dans un noyau chaud, ce qui montre que ce mode de formation est au moins aussi efficace qu'en chocs. De plus, ce processus peut être important dans les YSO de faible masse (c'est-à-dire plus apparentés à notre système solaire lorsqu'il se formait il y a environ 4,57 milliards d'années), ce que de futures observations pourraient aider à confirmer.
Les travaux futurs pourraient également aider à établir l'importance relative d'autres réservoirs de soufre primitifs. L'examen du sulfure d'hydrogène dans les YSO - considéré comme le principal contributeur de soufre dans le système solaire primitif - montre que le chauffage radiatif simple et les chocs légers sont au moins aussi efficaces dans la formation et la distribution du soufre, comme on le pensait auparavant par la pulvérisation, les chocs puissants . Cela montre également un lien étroit entre les réservoirs de soufre observé dans notre propre système solaire dans la comète 67 / P Churyumov-Gerasimenko, qui a été exploré par la mission Rosetta de l'Agence spatiale européenne de 2014 à 2016.
"Ces observations prises avec le télescope SOFIA sont essentielles pour percer certains des secrets des réservoirs moléculaires protoplanétaires", a déclaré le Dr Rachel Smith (North Carolina Museum of Natural Sciences / Appalachian State University) Magazine de l'espace. "Grâce à de telles connexions entre différents ensembles de données pour un seul objet, nous pourrons éventuellement construire une image complète de l'évolution des planètes et des molécules nécessaires à la vie."
Quelle est la prochaine étape pour de nouvelles observations? Pour aider à confirmer l'hypothèse du SO2 réservoir, des observations de suivi des glaces contenant du soufre sont nécessaires pour les missions à venir telles que le lancement du télescope spatial James Webb en 2021, et peut-être en utilisant à nouveau la mission WFIRST (le Wide Field Infrared Space Telescope) qui a été remise à zéro. dans le projet de budget de la NASA pour l'exercice 2020.
Avec le lancement de nouveaux télescopes et l’amélioration des télescopes existants, nous pourrions entrer dans «l’âge d’or de l’astronomie infrarouge» au cours de la prochaine décennie, permettant aux astronomes de retracer les éléments de leurs origines primordiales.
