利用詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST)，包括PaolaCaselli、BarbaraMichelaGiuliano和MPE的BasileHusquinet在内的研究团队深入探测了致密的云核，揭示了以前无法观测到的星际冰的细节。这项研究发表在《自然天文学》杂志上，重点研究了ChamaeleonI区域，使用JWST的NIRCam测量云层后方数百颗恒星的光谱线。

詹姆斯韦伯太空望远镜揭示星际水冰的结构

首次检测到被称为“悬垂OH”的弱光谱特征，表明水分子并未完全结合在冰中。这些特征可以追踪冰粒从分子云演变为原行星盘时的孔隙度和变化。这一发现增强了我们对冰粒结构及其在行星形成中的作用的理解。

得益于詹姆斯·韦伯太空望远镜前所未有的灵敏度，我们能够探测密集云核深处的冰，那里的消光程度非常高，以前的天文台都无法探测到。

这些视线是分子云中尘埃颗粒表面冰的最初形成与冰粒聚集成冰行星之间的缺失环节，后者是新恒星周围原行星盘中发生的一个尚不为人所知的过程。深入研究恒星的诞生地将为这些冰粒的改变提供新的线索。

在针对ChamaeleonI区域的冰河时代计划中，该区域是银河系中靠近我们的一个密集云层区域，使用詹姆斯·韦伯太空望远镜的NIRCam仪器对云层最密集部分进行观测，可以同时对云层后方数百颗恒星的视线进行光谱测量。

这些恒星发出的光穿过云层时会与冰粒发生相互作用，然后被詹姆斯·韦伯太空望远镜的大镜子捕捉并探测到。到目前为止，我们已经能够测量与冰中的主要物质(即水、二氧化碳、一氧化碳、甲醇和氨)相关的主要强烈吸收特征。

由于望远镜的镜面尺寸很大，我们现在可以测量更弱的特征。对弱光谱特征的位置和轮廓的深入研究揭示了该物体的一些物理状况。在这里，我们首次检测到一组特定的非常弱的波段，这些波段仅与冰中一小部分水分子有关。

这些光谱特征被实验室天体物理学家命名为“悬垂OH”，几十年来，他们一直在实验室冰中进行测量。这些特征对应于未完全融入冰中的水分子，可以追踪冰粒内的表面和界面，或者当水与冰中的其他分子种类紧密混合时。

“悬垂OH”特征位于地面无法到达的光谱区域，因此，虽然自20世纪90年代以来人们一直在积极寻找它们，但之前覆盖该光谱范围的太空观测站缺乏探测它们所需的光谱分辨率和灵敏度，仅提供上限。

如今，在詹姆斯·韦伯太空望远镜时代，我们可以利用这些特征来追踪冰粒在行星形成过程中的变化。人们早就预料到，如果探测到这些特征，它们可以用来追踪冰的孔隙度，也就是说，它们的存在将表明冰粒是“蓬松的”、孔隙度高的，而它们的缺失则表明冰粒是压实和聚集的。

虽然这种简单的解释仍然存在争议，但成功检测到这些特征意味着我们可以在恒星形成过程的不同环境和不同时间寻找它们，以确定它们是否可以用作冰在不同条件下如何演化的示踪剂。

“在冰幔中探测到水悬空键特征证明了实验室天体物理学对于解释詹姆斯·韦伯太空望远镜数据的重要性，”作者之一芭芭拉·米歇拉·朱利亚诺(BarbaraMichelaGiuliano)说。

“关于观测到的冰的物理特性的详细信息仍然需要实验室的广泛支持，以解开在星际介质和原行星盘的密集区域内观测到的光谱特性。在中国科学院，我们很乐意提供这样的支持，”她补充道。

“詹姆斯·韦伯太空望远镜的高灵敏度，加上实验室天体物理学的令人瞩目的进步，终于使我们能够详细研究星际冰的物理结构和化学成分，”PaolaCaselli说道，她和她的博士生BasileHusquinet也为该论文做出了贡献。

“这对于提供严格的化学/动力学建模约束至关重要，这对于重建我们的天体化学历史至关重要，从星际云到原行星盘再到像我们自己的恒星系统。能够参与这项工作令人兴奋。”

这项研究表明，云层中可能存在“蓬松”的冰粒，影响这些区域可能发生的化学反应，从而影响可能积累的化学复杂程度。

这一发现也为研究行星的形成打开了一扇新的窗口，因为最终这些光谱特征使我们能够了解冰的空间分布和变化，以及它们在从分子云到原行星盘再到行星的旅程中如何演变。