Etanol dan Elemen Es Dunia Baru

Tim astronom internasional menggunakan NASA/ESA/CSA Teleskop Luar Angkasa James Webb telah menemukan berbagai molekul, mulai dari molekul yang relatif sederhana seperti metana hingga senyawa kompleks seperti asetat asam dan etanol, pada protobintang tahap awal dimana planet belum terbentuk. Ini adalah bahan utama untuk menciptakan dunia yang berpotensi layak huni.

Kehadiran molekul organik kompleks (COM)⁽¹⁾ keberadaan fase padat pada protobintang pertama kali diprediksi beberapa dekade yang lalu melalui eksperimen laboratorium, dan deteksi sementara terhadap molekul-molekul ini telah dilakukan oleh teleskop luar angkasa lainnya. Hal ini termasuk program Early Release Science Ice Age dari Webb, yang menemukan beragam es di wilayah paling gelap dan terdingin dari awan molekuler yang diukur hingga saat ini.

Penemuan Baru Teleskop Webb

Sekarang, dengan resolusi spektral dan sensitivitas Instrumen Mid-InfraRed (MIRI) Webb yang belum pernah terjadi sebelumnya, sebagai bagian dari program JOYS+ (James Webb Observations of Young ProtoStars), COM ini telah diidentifikasi secara individual dan dikonfirmasi berada di es antarbintang. Hal ini mencakup deteksi kuat asetaldehida, etanol (yang kita sebut alkohol), metil format, dan kemungkinan asam asetat (asam dalam cuka), dalam fase padat.

“Temuan ini berkontribusi pada salah satu pertanyaan lama dalam astrokimia,” kata ketua tim Will Rocha dari Universitas Leiden di Belanda. “Dari mana asal usul COM di luar angkasa? Apakah mereka dibuat dalam fase gas atau es? Deteksi COM dalam es menunjukkan bahwa reaksi kimia fase padat pada permukaan butiran debu dingin dapat membentuk molekul kompleks.”

Signifikansi COM Fase Padat

Karena beberapa COM, termasuk yang terdeteksi dalam fase padat dalam penelitian ini, sebelumnya terdeteksi dalam fase gas hangat, kini diyakini bahwa COM tersebut berasal dari sublimasi es. Sublimasi adalah perubahan wujud padat menjadi gas secara langsung tanpa menjadi cair. Oleh karena itu, mendeteksi COM di es membuat para astronom berharap dapat mengembangkan pemahaman yang lebih baik tentang asal usul molekul lain yang lebih besar di luar angkasa.

Harold Linnartz⁽²⁾ memimpin Laboratorium Astrofisika di Leiden selama bertahun-tahun dan mengoordinasikan pengukuran data yang digunakan dalam penelitian ini. Ewine van Dishoeck dari Universitas Leiden, salah satu koordinator program JOYS+, berbagi, “Harold sangat senang bahwa dalam penugasan COM, praktikum dapat memainkan peran penting karena sudah lama sekali.”

Para ilmuwan juga tertarik untuk mengeksplorasi sejauh mana COM ini diangkut ke planet-planet pada tahap akhir evolusi protobintang. COM dalam es diangkut lebih efisien ke dalam cakram pembentuk planet dibandingkan gas dari awan. Oleh karena itu, COM yang sedingin es ini dapat diwarisi oleh komet dan asteroid yang pada gilirannya dapat bertabrakan dengan planet dalam pembentukannya. Dalam skenario ini, COM dapat dikirimkan ke planet-planet tersebut, sehingga berpotensi menyediakan bahan-bahan yang mendukung kehidupan untuk berkembang.

Konteks Astrokimia yang Lebih Luas

Tim sains juga mendeteksi molekul yang lebih sederhana, termasuk metana, asam format (yang membuat sengatan semut terasa menyakitkan), sulfur dioksida, dan formaldehida. Sulfur dioksida khususnya memungkinkan tim untuk menyelidiki kandungan sulfur yang tersedia di protobintang. Selain itu, prebiotik juga menarik karena penelitian yang ada menunjukkan bahwa senyawa yang mengandung belerang memainkan peran penting dalam mendorong reaksi metabolisme di bumi primitif. Ion negatif juga terdeteksi;⁽³⁾ mereka merupakan bagian dari garam yang penting untuk mengembangkan kompleksitas kimia lebih lanjut pada suhu yang lebih tinggi. Hal ini menunjukkan bahwa es mungkin jauh lebih kompleks dan memerlukan penelitian lebih lanjut.

Yang menarik adalah salah satu sumber yang diselidiki, IRAS 2A, dicirikan sebagai protobintang bermassa rendah. Oleh karena itu IRAS 2A mungkin memiliki kemiripan dengan tahap primordial Tata Surya kita. Jika demikian halnya, bahan kimianya jenis teridentifikasi dalam protobintang ini mungkin telah ada pada tahap pertama perkembangan Tata Surya kita dan kemudian dikirim ke Bumi primitif.

Semua molekul ini dapat menjadi bagian dari komet dan asteroid dan pada akhirnya menjadi sistem planet baru ketika material es diangkut ke dalam cakram pembentuk planet seiring dengan evolusi sistem protobintang,” kata van Dishoeck. “Kami berharap dapat mengikuti jejak astrokimia ini selangkah demi selangkah dengan lebih banyak data Webb di tahun-tahun mendatang.”

Penelitian terbaru lainnya yang dilakukan oleh Pooneh Nazari dari Observatorium Leiden juga meningkatkan harapan para astronom untuk menemukan lebih banyak kompleksitas dalam es, menyusul deteksi tentatif metil sianida dan etil sianida dari data Webb NIRSpec. Nazari berkata, “Sungguh mengesankan bagaimana Webb kini memungkinkan kita menyelidiki lebih jauh kandungan kimia es hingga ke tingkat sianida, bahan penting dalam kimia prebiotik.”

Catatan

1. Molekul adalah partikel yang terdiri dari dua atom atau lebih yang disatukan melalui ikatan kimia. Molekul organik kompleks adalah molekul dengan banyak atom karbon.
2. Hasil ini didedikasikan untuk anggota tim Profesor Harold Linnartz, yang meninggal secara tak terduga pada bulan Desember 2023, tak lama setelah makalah ini diterima. Linnartz memberikan kontribusi yang signifikan dalam studi molekul gas dan es di luar angkasa. Dia adalah Direktur Laboratorium Astrofisika Leiden dan banyak spektrum fase es dari molekul sederhana dan kompleks yang digunakan dalam penelitian ini dikumpulkan oleh siswa di bawah pengawasannya. Linnartz sangat senang dengan kualitas data Webb dan pentingnya hasil ini bagi astrokimia.
3. Ion adalah atom atau molekul yang mempunyai muatan listrik keseluruhan, akibat kelebihan atau kekurangan jumlah elektron negatif dibandingkan dengan jumlah proton positif dalam ion. Ion negatif adalah ion dengan muatan negatif bersih (jadi kelebihan elektron).

Referensi: “Pengamatan JWST pada ProtoBintang Muda (JOYS+): Mendeteksi molekul dan ion organik kompleks es – I. CH4, SO2, HCOO−, OCN−, H2CO, HCOOH, CH3CH2OH, CH3CHO, CH3OCHO, dan CH3COOH” oleh WRM Rocha, EF van Dishoeck, ME Ressler, ML van Gelder, K.Slavicinska, NGC Brunken, H. Linnartz, TP Ray, H. Beuther, A. Caratti o Garatti, V. Geers, PJ Kavanagh, PD Klaassen, K. Justtanont, y. Chen, L. Francis, C. Gieser, G. Perotti, Ł. Tychoniec, M. Barsony, L. Majumdar, VJM dan Gouellec, LEU Chu, BWP Lew, Th. Henning dan G. Wright, 13 Maret 2024, .
DOI: 10.1051/0004-6361/202348427

Informasi Lebih Lanjut

Pengamatan ini diambil sebagai bagian dari program JOYS+ (James Webb Observations of Young ProtoStars), yang dikoordinasikan oleh Ewine van Dishoeck dari Universitas Leiden di Belanda, dan Michael Ressler dari Jet Propulsion Laboratory NASA. Penelitian ini dipimpin oleh Universitas Will Rocha Leiden. Studi sianat dilakukan sebagai bagian dari program IPA (Investigasi Akresi Protostellar), yang dikoordinasikan oleh Tom Megeath dari Universitas Toledo.

Webb adalah teleskop terbesar dan terkuat yang pernah diluncurkan ke luar angkasa. Berdasarkan perjanjian kolaborasi internasional, ESA menyediakan layanan peluncuran teleskop menggunakan kendaraan peluncuran Ariane 5. Bekerja sama dengan mitra, ESA bertanggung jawab atas pengembangan dan kualifikasi adaptasi Ariane 5 untuk misi Webb dan pengadaan layanan peluncuran oleh Arianespace. ESA juga menyediakan spektograf pekerja keras NIRSpec dan 50% instrumen inframerah-tengah MIRI, yang dirancang dan dibangun oleh konsorsium Institut Eropa yang didanai secara nasional (Konsorsium MIRI Eropa) dalam kemitraan dengan JPL dan Universitas Arizona.

Webb adalah kemitraan internasional antara NASA, ESA, dan Badan Antariksa Kanada (CSA).