En af livets "LEGO-klodser" fundet med ALMA ved unge stjerner af samme type som vores Sol

Det er to hold astronomer, som har brugt det effektive observatorium Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) i Chile til at finde det komplekse molekyle methylisocyanat [ 1], som er en af livets byggesten. Stedet er protostjernesystemet IRAS 16293-2422, 400 lysår borte. Det ene forskerhold blev ledet af Rafael Martín-Doménech fra Centro de Astrobiología i Madrid, Spanien og Víctor M. Rivilla, fra Osservatorio Astrofisico di Arcetri in Firenze, Italien, og det andet hold af Niels Ligterink fra Leiden Observatoriet i Nederlandene og Audrey Coutens ved University College London, United Kingdom.

Dette kort viser placeringen af det stjernedannende område Rho Ophiuchi i stjernebilledet Ophiuchus (Slangebæreren). Stjernen Rho Ophiuchi, som har givet området sit navn, er markeret med det græske bogstav rho (ρ). Placeringen af IRAS 16293-2422, en ung dobbeltstjerne med en masse ligesom Solen, er markeret med rødt. Kilde: ESO, IAU and Sky & Telescop

"Det her stjernesystem ser ud til af give os den ene nyhed efter den anden! Efter at vi har opdaget sukkerstoffer der, har vi nu også fundet methylisocyanat. Den familie af organiske molekyler indgår i dannelsen af peptider og aminosyrer, og de er så igen, i form af proteiner, det biologiske grundlag for liv, som vi kender det," forklarer Niels Ligerink og Audrey Coutens, som var hovedforfatterne bag den ene artikel om opdagelsen [2].

ALMA har givet mulighed for at begge hold har kunnet observere molekylet ved flere forskellige karakteristiske bølgelængder i radiospektret [3]. De fandt de særlige kemiske fingeraftryk i de varme, indre dele af den skal af støv og gas, som omgiver de unge stjerner i deres tidligste udviklingsstadier. Hvert af holdene fandt og isolerede tegnene på det komplekse organiske molekyle methylisocyanat [4]. Det blev så fulgt op af computermodellering og laboratorieeksperimenter, som har forbedret vores forståelse af molekylets dannelse [5].

IRAS 16293-2422 er et flerdobbelt system af meget unge stjerner, som befinder omkring 400 lysår borte i det store område med stjernedannelse, som kaldes Rho Ophiuchi i stjernebilledet Ophiuchus, eller Slangebæreren. De nye ALMA-resultater viser, at der i gasarterne omkring disse unge stjerner findes methylisocyanat.

Jorden og de andre planeter i vores Solsystem blev dannet af det stof, som var til overs efter at Solen var dannet. Derfor kan studiet af protostjerner af Solens type for astronomerne åbne et vindue til fortiden, hvor de kan observere forhold, som ligner dem, der herskede under dannelsen af Solsystemet for over 4,5 milliarder år siden.

Rafael Martín-Doménech og Víctor M. Rivilla, som er hovedforfattere til den anden af artiklerne, kommenterer: "Vi er særligt glade for det her resultat, fordi disse protostjerner ligner Solen i dens tidlige udviklingsstadier. Dér findes den samme slags betingelser, som lige passer til, at der med tiden kan dannes planeter af Jordens type. I og med, at vi har fundet dette molekyle, som er en forløber for livsformer, så har vi nu måske endnu en brik i puslespillet, som skal vise os, hvordan livet opstod på vores egen planet."

ALMA har observeret stjerner som Solen, men på et meget tidligt trin i deres udvikling, og her er der fundet methylisocyanat - en af livets byggesten. Det er første gang denne opdagelse er gjort ved en stjerne af en type som Solen. Opdagelsen kan hjælpe astronomerne til at forstå, hvordan livet er opstået på Jorden. Illustrationen viser hvordan tegneren forestiller sig, at disse molekyler ser ud i meget stor forstørrelse. Kilde: ESO/L. Calçada

Niels Ligterink glæder sig over de underbyggende laboratorieresultater: "Ud over at finde molekylerne, vil vi også gerne forstå, hvordan de blev dannet. Vore laboratorieeksperimenter viser, at methylisocyanat kan være dannet på ispartikler under meget kolde forhold, som svarer til dem i det interstellare rum. Det betyder, at dette molekyle - og dermed den tilstand, som er nødvendig for dannelsen af peptidbindinger - sandsynligvis findes i nærheden af de fleste unge stjerner af Solens type."

Jes Jørgensen fra Niels Bohr Institutet ved Københavns Universitet, som stod bag den første opdagelse af sukker-lignende molekyler i det samme system, og som leder den ene gruppe udtaler: "Vi er lige i de første stadier til at kortlægge den komplekse kemi, der foregår omkring disse unge stjerner. At identificere disse molekyler og forstå deres oprindelse er en stor opgave, som kræver et tæt samarbejde mellem astronomer, der kan observere molekylerne i rummet, og kemikere der kan måle deres egenskaber i laboratorier på Jorden – men med sådan et samarbejde kan vi forhåbentlig komme tættere på et svar på, hvilken rolle disse organiske molekyler spiller i udviklingen på andre planeter."

Noter

[ 1] I astrokemien defineres et komplekst organisk molekyle som et, der består af seks eller flere atomer, hvoraf mindst ét er et kulstofatom. Methylisocyanat består af kulstof, hydrogen, nitrogen og oxygen med den kemiske formel CH₃NCO. Det er et meget giftigt stof, som især blev kendt i forbindelse med den tragiske ulykke ved  Bhopal i 1984.

[ 2]  Systemet er tidligere studeret med ALMA i 2012, og her fandt man molekyler af det simple sukkerstof glycolaldehyd, som er en anden af livets byggestene.

[ 3] Forskerholdet, som blev ledet af Rafael Martín-Doménech brugte både nye og ældre data vedrørende protostjernen optaget i en lang række forskellige bølgelængder med ALMAs båndområder 3, 4 og 6. Niels Ligterink og hans kolleger brugte data fra ALMAprojketet  Protostellar Interferometric Line Survey (PILS), ledet af Jes Jørgensen fra Niels Bohr Institutet. Formålet med PILS er at kortlægge den kemiske sammensætning af IRAS 16293-2422. Det bliver gjort ved at foretage registreringer i hele det bølgelængdeområde, som ALMAs bånd 7 omfatter, i meget høj opløsning svarende til størrelsen af vores Solsystem.

[ 4] Forskerholdene foretog spektrografisk analyse af lyset fra protostjernen, og dermed kunne den kemiske sammensætning bestemmes. Mængden af methylisocyanat i forhold til molekyler af hydrogen og andre sporstoffer er sammenlignelig med tidligere registreringer omkring to meget tunge protostjerner (som befinder sig inde i de tætte og varme molekylskyer omkring protostjernerne Orion KL og  Sagittarius B2 North).

[ 5] Martín-Doménechs hold foretog kemiske modelberegninger af dannelsen af methylisocyanat i en gas-støv proces. Den mængde af molekylet, som er observeret, kan kemisk forklares ud fra det, der sker på overfladen af støvkorn i rummet, efterfulgt af kemiske reaktioner i gasfasen. Desuden viste Ligterinks forskerhold at molekylet kan dannes ved ekstremt lave interstellare temperaturer; ned til omkring 15 Kelvin (-258° Celcius). Det blev vist ved eksperimenter i højvaccuum og ultralave temperaturer i laboratoriet i Leiden.

Links

• Forskningsartikel: Ligterink et al. 2017
• Forskningsartikel: Martín-Doménech et al. 2017
• Fotos af ALMA