Il telescopio SOFIA ad alta quota fa luce su da dove potrebbero aver origine alcuni dei mattoni fondamentali per la vita. Un recente studio pubblicato su The Astrophysical Journal: Letters guidato da astronomi dell'Università delle Hawaii, tra cui collaboratori dell'Università della California di Davis, della Johns-Hopkins University, del North Carolina Museum of Natural Sciences, dell'Appalachian State University e di numerosi partner internazionali (incluso il finanziamento della NASA), hanno osservato una persistenza mistero nella formazione dei pianeti: la via chimica dell'elemento zolfo, e le sue implicazioni e il ruolo nella formazione dei pianeti e della vita.
Numero 16 nella tavola periodica, lo zolfo è il decimo elemento più comune nell'Universo. Lo zolfo non è solo un elemento tracciante coinvolto nella formazione dei granelli di polvere intorno alle giovani stelle che portano ai pianeti, ma è anche sospettato di essere un elemento necessario per la vita. Guardare alla distribuzione dello zolfo nell'Universo potrebbe anche darci un'idea della storia di come la vita primitiva iniziò qui sulla Terra.
Per lo studio, i ricercatori hanno esaminato quelli che sono noti come giovani oggetti stellari (YSO). Queste sono giovani stelle in una fase prima che inizino a fondere idrogeno e sono incorporate in una nuvola molecolare ricca di polvere e gas. L'oggetto specifico preso di mira nello studio era MonR2 IRS3, un protostar collassante nella regione di formazione stellare di Monoceros R2. Situato nella costellazione di Monoceros l'Unicorno, (talvolta noto anche come Narwhal), MonR2 IRS3 è uno dei tanti YSO nella regione, un deposito di polvere e gas protoplanetari che circondano un nucleo che sta crollando.
Dopo lo stadio YSO, il gas è diventato parte della stella, il suo sistema planetario o è spazzato via. La stella inizia quindi a fondere l'idrogeno nell'elio, così come gli elementi più pesanti visti in stelle più massicce. I giovani oggetti stellari come MonR2 IRS3 sono quindi i laboratori perfetti per studiare la misteriosa chimica coinvolta nella formazione di pianeti e molecole necessarie per la vita.
Per lo studio, il team ha utilizzato SOFIA - l'Osservatorio stratosferico della NASA per l'astronomia infrarossa - un velivolo Boeing 747SP convertito con un telescopio a infrarossi da 2,5 metri montato dietro una porta scorrevole e puntato perpendicolarmente rispetto all'asse dell'aeromobile. SOFIA ad alta quota è l'ideale per uno studio di questo tipo, poiché può andare molto al di sopra della maggior parte del vapore acqueo atmosferico della Terra, che ostacola l'astronomia a infrarossi.
Il team ha utilizzato lo spettrografo Echelon-Cross-Echelle ad alta risoluzione ("EXES") montato sul telescopio SOFIA. Mon2 IRS3 era stato precedentemente osservato per uno studio sul monossido di carbonio (CO) utilizzando lo strumento NIRSPEC sul grande telescopio Keck II a terra, e queste osservazioni hanno contribuito a informare l'indagine SOFIA sul biossido di zolfo (SO2), una molecola che si ritiene sia un deposito per lo zolfo nei sistemi protoplanetari. Anche Sirius, la stella più luminosa del cielo, è stato osservato per calibrare i dati. Le osservazioni EXES hanno permesso agli osservatori di misurare la larghezza della linea spettrale di SO2 nella regione di formazione stellare per la prima volta, oltre a ottenere informazioni sull'abbondanza di questa molecola come serbatoio di zolfo. Ad esempio, linee strette da SO caldo2 il gas suggerisce la sublimazione del ghiaccio attraverso il calore proveniente dal nucleo formante, mentre le linee larghe sono indicative di shock che sputano zolfo dai piccoli granelli. Questo studio ha trovato un limite inferiore per SO2 abbondanza e ha determinato che i ghiacci sublimati dal core hot IRR3 di MonR2 potrebbero essere la fonte della SO2 gas.
Seguendo lo zolfo
Le osservazioni sul processo di zolfo in un YSO sono intriganti. Per la prima volta, il team ha osservato la formazione di SO2 (anidride solforosa) in un nucleo caldo, il che dimostra che questa modalità di formazione è almeno efficiente quanto negli shock. Inoltre, questo processo può essere importante in massa inferiore (cioè più simile al nostro sistema solare quando formava ~ 4,57 miliardi di anni fa) YSO, che le osservazioni future potrebbero aiutare a confermare.
Il lavoro futuro potrebbe anche aiutare a stabilire l'importanza relativa di altri serbatoi di zolfo primitivi. Osservare l'idrogeno solforato negli YSO - che si ritiene sia il principale contributo dello zolfo nel sistema solare primitivo - mostra che il semplice riscaldamento radiativo e gli shock lievi sono almeno altrettanto efficaci nella formazione e nella distribuzione dello zolfo, come si pensava in precedenza dagli sputtering, dagli shock forti . Ciò dimostra anche un forte legame tra i serbatoi di zolfo visti nel nostro sistema solare nella Cometa 67 / P Churyumov-Gerasimenko, esplorato dalla missione Rosetta dell'Agenzia spaziale europea dal 2014 al 2016.
"Queste osservazioni fatte con il telescopio SOFIA sono la chiave per svelare alcuni dei segreti dei bacini molecolari protoplanetari", ha detto la dott.ssa Rachel Smith (Museo della Scienza naturale del Nord Carolina / Appalachian State University) Space Magazine. "Attraverso tali connessioni tra diversi set di dati per un singolo oggetto, potremmo eventualmente creare un quadro completo dell'evoluzione dei pianeti e delle molecole necessarie per la vita."
Qual è il prossimo passo per nuove osservazioni? Per aiutare a confermare l'ipotesi per la SO2 serbatoio, sono necessarie osservazioni di follow-up di ghiacci contenenti zolfo dalle prossime missioni come il lancio del Telescopio Spaziale James Webb nel 2021, e forse usando di nuovo la missione WFIRST (il Wide Field Infrared Space Telescope) nuovamente azzerato nella proposta di bilancio FY 2020 della NASA.
Con il lancio di nuovi telescopi e miglioramenti a quelli esistenti, si potrebbe entrare nell'era d'oro dell'astronomia a infrarossi nel prossimo decennio, consentendo agli astronomi di risalire agli elementi delle loro primordiali origini.
