این پژوهش که توسط گروه موسوم به «عصر یخبندان» با استفاده از تلسکوپ فضایی جیمز وب انجام شد، اولین فهرست دقیق دوبعدی را از وجود یخ در یک قرص پیش‌سیاره‌ای ایجاد کرد. قرص پیش‌سیاره‌ای، یک  نوع از ساختاری است که سیاره‌های منظومه شمسی ما حدود ۴.۵ میلیارد پیش از آن بیرون آمدند.

«ارجان استورم»(Ardjan Sturm) دانشمند «دانشگاه لیدن» و پژوهشگر ارشد این پروژه گفت: نقشه‌برداری مستقیم از یخ در یک قرص تشکیل‌دهنده سیاره، ورودی مهمی را برای مدل‌سازی‌هایی فراهم می‌آورد که به درک بهتر شکل‌گیری زمین و سیاره‌های دیگر در منظومه شمسی و اطراف ستاره‌های دیگر کمک می‌کنند. با این مشاهدات، اکنون می‌توانیم اظهارات محکم‌تری را در مورد فیزیک و شیمی تشکیل شدن ستاره‌ها و سیاره‌ها بیان کنیم.

یخ ممکن است یک کشف نجومی خیلی جالب به نظر نرسد اما دانشمندان به این یافته اهمیت می‌دهند زیرا وجود یخ در قرص‌های پیش‌سیاره‌ای، برای تولد سیاره‌ها و حتی دنباله‌دارها حیاتی است. یخ به دانه‌های گرد و غبار جامد در قرص‌های پیش‌سیاره‌ای امکان می‌دهد تا در کنار هم جمع شوند و قطعاتی از مواد را تشکیل دهند که می‌توانند جرم را جمع کنند و در نهایت به سیاره تبدیل شوند. همچنین، یخ می‌تواند حاوی مولکول‌های حیاتی مانند کربن، هیدروژن، اکسیژن و نیتروژن باشد که می‌توانند در دنباله‌دارها مهر و موم شوند و به سطوح سیارات برسند و در نهایت به عناصر سازنده حیات تبدیل شوند.

با وجود این، به ‌رغم اهمیت یخ در شکل‌گیری سیاره ما و حیات روی آن، ستاره‌شناسان تا به امروز گزارش دقیقی را در مورد وجود یخ در قرص‌های پیش‌سیاره‌ای ستاره‌های دیگر نداشته‌اند.

دلیل عدم اطلاع این است که جو مملو از آب زمین، دید ما را نسبت به این قرص‌ها پنهان می‌کند. سایر تجهیزات فضایی نیز نتوانسته‌اند آنها را با جزئیات به تصویر بکشند زیرا بسیار ضعیف هستند اما این موضوع برای دوربین فروسرخ جیمز وب که وضوح بالایی دارد، صدق نمی‌کند.

برگر کهکشانی

گروه عصر یخبندان برای انجام دادن این پژوهش، جیمز وب را با یک ستاره جوان به نام «HH 48 NE» آموزش دادند که در فاصله حدود ۶۰۰ سال نوری از ما قرار دارد. این تمرین زمانی انجام شد که ستاره از میان نان‌های این برگر کیهانی عبور کرد و نمای جانبی ما را از قرص پیش‌سیاره‌ای شکل داد و خط تیره‌ای از غبار را به تصویر کشید که از شکل‌های مشابه برش‌های کاهو و گوجه‌فرنگی در مرکز آن می‌گذشت.

همان طور که نور ستاره HH 48 NE از قرص پیش‌سیاره‌ای شبیه به برگر عبور می‌کند، با مولکول‌های موجود در قرص تعامل می‌یابد و جذب می‌شود. از آنجا که عناصر و مولکول‌ها نور را در فرکانس‌های مشخص جذب و ساطع می‌کنند، اثر انگشت خود را روی نور ستاره باقی می‌گذارند.

ستاره‌شناسان توانستند در نور این ستاره جوان، آثاری از آمونیاک، سیانات، کربونیل سولفاید و دی‌اکسید کربن سنگین را ببینند که همه به شکل یخ هستند. همچنین، آنها توانستند نسبت دی‌اکسید کربن سنگین به دی‌اکسید کربن معمولی را محاسبه کنند و این کار به آنها امکان می‌دهد تا مولکول دوم را که روی زمین رایج است، بسازند.

یکی از نتایج این جنبه ویژه از پژوهش، کشف این نکته است که یخ مونوکسید کربن در قرص پیش‌سیاره‌ای ممکن است با دی‌اکسید کربن کمتر فرار و آب مخلوط شود. این ویژگی به آن امکان می‌دهد تا در نزدیکی ستاره جوان، یخ‌زده بماند. این بدان معناست که سیاره‌هایی با محتوای کربن بالا می‌توانند در نزدیکی ستاره‌های خود تشکیل شوند.

اولین نتایج پروژه عصر یخبندان جیمز وب در سال ۲۰۲۳ تحویل داده شدند و این گروه پژوهشی اکنون قرص‌های پیش‌سیاره‌ای دیگر را مشاهده می‌کنند تا ببینند آیا همان مخلوط‌ یخ مبتنی بر کربن در آنها وجود دارد یا خیر. این کار می‌تواند دانشمندان را به سوی اصلاح کردن ایده‌های خود در مورد درک ترکیبات سیاره‌ای سوق دهد.

«ملیسا مک‌کلور»(Melissa McClure) از پژوهشگران این پروژه گفت: در سال ۲۰۱۶، ما یکی از اولین برنامه‌های پژوهشی جیمز وب یعنی عصر یخبندان را ایجاد کردیم. ما می‌خواستیم بررسی کنیم که عناصر یخی سازنده حیات چگونه از مبدأ خود در ابرهای سرد میان‌ستاره‌ای تا مناطق تشکیل‌دهنده دنباله‌دار منظومه‌های سیاره‌ای جوان تکامل می‌یابند. اکنون نتایج از راه می‌رسند. این لحظه واقعا هیجان‌انگیز است.

این پژوهش در «Astronomy & Astrophysics» به چاپ رسید.