Moleculaire ontdekking in een protoplanetaire schijf

Astronomen hebben vaak organische moleculen ontdekt in kosmische gaswolken en stervormingsgebieden. Nu hebben ze voor het eerst ook de organische verbinding dimethylether ontdekt in een planeetvormende schijf. Het is tot nu toe het grootste organische molecuul in zo’n voorloper van een planetair systeem. Het bewijs levert verder bewijs dat de bouwstenen van het leven hun oorsprong kunnen hebben in de ruimte en in de wolk van stof en gas die rond de jonge zon draait.

Voor de ontwikkeling van leven zijn bepaalde organische moleculen nodig, die de bouwstenen zijn van belangrijke eiwitten, celwandcomponenten of genetisch materiaal. Volgens de theorie zouden de pioniers van deze bouwstenen van het leven in de ruimte zijn ontstaan. Wetenschappers hebben zelfs al enkele van de meer complexe organische moleculen ontdekt op kometen, in kosmische stofwolken en met name in de koude moleculaire wolken van stervormingsgebieden. In deze koude omgevingen plakken eenvoudige atomen en moleculen zoals koolmonoxide aan stofkorrels, vormen een ijslaag en ondergaan chemische reacties die leiden tot complexere verbindingen. “De vorming en evolutie van dergelijke moleculen zou ons kunnen helpen beter te begrijpen hoe het leven in ons zonnestelsel is ontstaan”, leggen Nasante Bronken en collega’s van de Leidse Universiteitssterrenwacht uit.

Zoeken naar een molecuul in een protoplanetaire schijf

De meeste van deze meer complexe organische moleculen zijn tot nu toe echter ontdekt in de stellaire wieg, maar het is duidelijk geworden of en in welke vorm ze ook voorkomen in protoplanetaire schijven rond jonge sterren. “Het bestuderen van deze moleculen in planeetvormende schijven is echter van cruciaal belang om te begrijpen hoe materialen in planeten worden opgenomen en welk niveau van complexiteit aanwezig is in verschillende perioden van planeetvorming”, schrijven Bronken en haar team. Maar vooral in het geval van meer geavanceerde schijven die al sneller zijn afgekoeld, zitten veel van deze organische verbindingen gevangen in de ijskap rond de stofkorrels en zijn daarom moeilijk te detecteren door hun spectrale vingerafdrukken.

Dit verschilt echter voor de planeetvormende schijf rond de jonge ster IRS 48, die zich op ongeveer 444 lichtjaar afstand in het sterrenbeeld Ophiuchus bevindt. Eerdere waarnemingen hebben al aangetoond dat deze ster is omgeven door een zeer asymmetrische stofschijf, waar het meeste stof is geconcentreerd in een cashew-vormige wolk. Men denkt dat deze vorm is ontstaan ​​doordat stof daarheen werd geduwd door de invloed van een protoplaneet of een kleinere begeleidende ster. Belangrijker voor het huidige onderzoek is echter het feit dat de jonge ster intense ultraviolette stralen uitstraalt die de omringende schijf van stof en gas hebben opgewarmd. Als delen van de ijslagen op de stofkorrels sublimeren tot gas, kan de inhoud ervan worden gedetecteerd met behulp van spectroscopische metingen. Op deze manier hebben astronomen al zwaveldioxide, zwavelmonoxide en ethanol gedetecteerd in het IRS-48-systeem.

Dimethylether en methylformiaat

Op zoek naar andere, complexere organische moleculen in deze protoplanetaire schijf, hebben Brunken en haar team nu de jonge ster en zijn stoffige schijf onderzocht met behulp van de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) in Chili – en goud gevonden. Ze kunnen de signatuur van dimethylether (CH .) vinden.₃Oh₃) Toon een verbinding van in totaal negen atomen. “Dimethylether is het grootste organische molecuul dat in een protoplanetaire schijf is ontdekt”, zegt het team. Daarnaast wijzen de meetgegevens ook op de aanwezigheid van methylformiaat (CH₃OCHO) is uit. Beide moleculen werden eerder gedetecteerd in stellaire wiegen, maar niet in protoplanetaire schijven. Ze dienen als potentiële voorlopers van de belangrijke bouwstenen van het leven.

“Het is echt gaaf om eindelijk deze grotere deeltjes in de schijven te kunnen opsporen. Een tijdje dachten we dat het niet mogelijk zou zijn om ze op te sporen”, zegt co-auteur Alice Booth van de Leidse Sterrewacht. “Wat maakt het nog spannender is het feit dat we nu weten dat deze grotere, complexe moleculen in de schijf aanwezig zijn tijdens planeetvorming.” “Met verdere waarnemingen hopen we een stap dichter bij het begrijpen van de oorsprong van prebiotische moleculen in ons zonnestelsel te komen, “, zegt Bronkens collega Nienke van der Marel. Chemie in deze en andere protoplanetaire schijven in de toekomst met behulp van ESO’s Under-construction Very Large Telescope (ELT).

Bron: Nashanti Bronken (Universiteit Leiden) et al., Astronomy and Astrophysics, doi: 10.1051/0004-6361/202142981

© wissenschaft.de – Nadia Podebregaard