宇宙中最冷的冰

由JWST的近红外相机（NIRCam）拍摄的分子云“蝘蜓座I”的中心区域图像（来源：NASA, ESA, CSA; Science: Fengwu Sun (Steward Observatory), Zak Smith (The Open University), IceAge ERS Team; Image Processing: M. Zamani (ESA/Webb)）

这张图像显示了暗星云“蝘蜓座I”（Chamaeleon I）的中心区域，该星云距离地球大约630光年。“蝘蜓座I”是恒星形成区 “蝘蜓座分子云”（Chamaeleon complex）中的一个分子云，那里有几十颗恒星正在形成。年轻的原恒星“Ced 110 IRS 4（橙色）”位于图像的中左上方，构成分子云且淡淡向外扩张的低温物质（蓝色）被原恒星发出的红外辐射所照亮。

这张图像是基于JWST的近红外相机（NIRCam）获得的数据（使用两种类型的红外滤镜）（※）。由莱顿大学的天文学家Melissa McClure领导的一个研究小组根据JWST对“蝘蜓座I”的观测数据发表了他们的研究成果，他们声称在分子云的最黑暗的区域成功检测到了多种物质的冰。

※…JWST主要在人眼无法捕捉到的红外波段进行观测，因此公布的图像中的颜色是根据采集时使用的滤光片而着色的。在这张图片中，1.5微米的颜色为橙色，4.1微米的颜色为蓝色。

其认为，一个能够让生命居住的行星，关乎它的形成取决于以水分子为首的包含CHONS的各种物质的冰。CHONS是指碳、氢、氧、氮和硫，这些重要的元素不仅构成了一个行星的大气，而且还构成了与生命相关的糖和简单氨基酸。

为了调查“蝘蜓座I”上的冰的成分，研究小组分析了由JWST的NIRCam、近红外光谱仪（NIRSpec）和中红外仪器（MIRI）取得的数据，除了确定水分子、二氧化碳、一氧化碳、碳酰硫化物、氨和甲烷等这些相对简单的物质外，还成功识别了更复杂的物质，如甲醇。这片分子云中的冰的温度约为10K（约为-263摄氏度），被认为是迄今为止测定到的最冷的冰。

据运营JWST的空间望远镜研究所（STSCI）称，该小组还发现了比甲醇更复杂的分子存在的证据，不过他们还没有确定这种物质是什么。这是首次发现复杂分子在行星形成之前就形成在了存在冰的分子云深处。

图像中显示了用于获得光谱的“NIR 38”和“J110621”的位置（来源：Image: NASA, ESA, CSA; Science: Fengwu Sun (Steward Observatory), Zak Smith (The Open University), IceAge ERS Team; Image Processing: M. Zamani (ESA/Webb)）

为了确定隐藏在分子云中的冰的成分，研究小组分析了来自“蝘蜓座I”另一侧的恒星（“NIR 38”和“J110621”）的红外辐射。 对通过分子云的光进行光谱观测（一种不同波长的电磁波的强度产生光谱的观测手段），光谱中出现了由原子和分子吸收特定波长的电磁波而形成的暗线“吸收线”。通过分析吸收线，就有可能确定分子云中存在哪些物质。

参与研究的STScI的Klaus Pontoppidan说，如果没有JWST，这些冰是不会被发现的。Pontoppidan说：“因为在这些高密度的低温物质区域，它们都被来自背后的大部分星光阻挡，所以JWST的卓越灵敏度对于探测星光和识别分子云中的冰是必要的。”

使用背景星之一的“NIR 38”获得的“蝘蜓座I”的光谱。（来源：Illustration: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI); Science: Klaus Pontoppidan (STScI), Nicolas M. Crouzet (LEI), Zak Smith (The Open University), Melissa McClure (Leiden Observatory)）

然而，在本次研究中检测到的冰中的元素数量低于整个分子云的预期总量，特别是硫只占预期的1%，McClure解释说，大部分的硫可能存在于冰之外的地方，如存在于灰尘和岩石之中。参与这项研究的美国西南研究院（SwRI）的Danna Qasim指出，了解硫的存在之处对于了解它是如何融入一个可能孕育生命的行星非常重要。