Voor het eerst hebben astronomen complexe organische moleculen – de bouwstenen van het leven – gedetecteerd in de protoplanetaire schijf rond een jonge ster. De ontdekking, gedaan met de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), bevestigt opnieuw dat de omstandigheden waaruit aarde en zon zijn voortgekomen niet uniek zijn in het heelal. De resultaten worden op 9 april 2015 gepubliceerd in het tijdschrift Nature.
De nieuwe ALMA-waarnemingen laten zien dat de protoplanetaire schijf rond de jonge ster MWC 480 [1] grote hoeveelheden methylcyanide (CH3CN) bevat – een complex koolstofhoudend molecuul. Er is genoeg methylcyanide rond MWC 480 om alle oceanen op aarde mee te vullen. Zowel dit molecuul als zijn eenvoudigere broertje waterstofcyanide (HCN) zijn aangetroffen in de koude buitengebieden van de pas gevormde schijf rond de ster. Astronomen denken dat dit gebied vergelijkbaar is met de Kuipergordel – het domein van ijsachtige planetesimalen en kometen in eigen zonnestelsel, voorbij de planeet Neptunus. Kometen zijn maagdelijke overblijfselen uit de tijd dat de planeten van ons zonnestelsel zijn ontstaan. Vermoed wordt dat kometen en planetoïden uit de buitendelen van het zonnestelsel water en organische moleculen op aarde hebben afgeleverd, en zo de weg hebben gebaand voor het ontstaan van primitief leven.
‘Onderzoeken van kometen en planetoïden laten zien dat de zonnenevel, die zon en planeten voortbracht, veel water en complexe organische verbindingen bevatte,’ aldus Karin Öberg, astronoom bij het Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics in Cambridge, Massachusetts (VS), en hoofdauteur van het nieuwe onderzoeksartikel. ‘We hebben nu een nog sterker bewijs dat deze zelfde chemie ook elders in het heelal optreedt, in gebieden waar zonnestelsels als het onze zouden kunnen ontstaan.’ Volgens Öberg is het resultaat vooral zo intrigerend, omdat de concentraties van de moleculen die in MWC 480 zijn aangetroffen, vergelijkbaar zijn met die in de kometen van ons zonnestelsel.
De ster MWC 480, die ongeveer twee keer zoveel massa heeft als de zon, staat op een afstand van 455 lichtjaar in het Taurus-stervormingsgebied. Zijn omringende schijf bevindt zich nog in een pril ontwikkelingsstadium: hij is nog maar kort geleden samengetrokken uit een koude, donkere nevel van stof en gas. Verder onderzoek met ALMA en andere telescopen zal nog moeten uitwijzen of hierin ook planeetvorming plaatsvindt. Mogelijk dat waarnemingen met een hoger oplossend vermogen het bestaan van structuren aan het licht zal brengen als die in de schijf rond HL Tauri, die ongeveer even oud is. Astronomen weten al een tijdje dat koude, donkere interstellaire wolken zeer efficiënte ‘fabrieken’ zijn van complexe organische moleculen, zoals de zogeheten cyaniden. Cyaniden, en met name methylcyanide, zijn van belang, omdat ze koolstof-stikstofbindingen bevatten. Deze laatste zijn essentieel voor de vorming van aminozuren, de bouwstenen van eiwitten en andere moleculen die aan de basis staan van het ontstaan van leven.
Deze foto toont het hemelgebied rond de jonge ster MWC 480 in het sterrenbeeld Taurus (Stier) - Foto: ESO
Tot nu toe was echter onduidelijk of deze complexe organische moleculen wel kunnen ontstaan en in stand blijven in de energierijke omgeving van een pas gevormd planetenstelsel, waar chemische bindingen blootstaan aan schokken en straling. Door gebruik te maken van ALMA’s buitengewone gevoeligheid [2] hebben astronomen aan de hand van de recente waarnemingen laten zien dat deze moleculen niet alleen in stand blijven, maar zelfs gedijen. Opmerkelijk is ook dat de moleculen die ALMA heeft gedetecteerd veel talrijker zijn dan in interstellaire wolken. Dat geeft aan dat protoplanetaire schijven gunstige omgevingen zijn voor de vorming van complexe organische moleculen, en dat ze deze op relatief korte tijdschalen kunnen produceren [3].
Astronomen vermoeden dat, naarmate dit stersysteem zich verder ontwikkelt, de organische moleculen veilig worden opgeslagen in kometen en andere ijsachtige objecten, die het materiaal zullen overbrengen naar omgevingen die geschikter zijn voor het ontstaan van leven. ‘Het onderzoek van exoplaneten heeft ons geleerd dat het zonnestelsel voor wat betreft het aantal planeten en de overvloed aan water niet uniek is,’ besluit Öberg. ‘Nu weten we dat we ook niet uniek zijn op het gebied van organische chemie. Opnieuw is gebleken dat we niet bijzonder zijn. Vanuit het oogpunt van leven in het heelal is dat geweldig nieuws.’
Noten
[1] Deze ster is maar ongeveer een miljoen jaar oud. Ter vergelijking: onze zon is meer dan vier miljard jaar oud. De aanduiding MWC 480 verwijst naar de Mount Wilson Catalogus van B- en A-sterren met heldere lijnen van waterstof in hun spectrum.
[2] ALMA kan de zwakke straling op millimetergolflengten detecteren die van nature wordt uitgezonden door moleculen in de ruimte. Voor deze recente waarnemingen gebruikten de astronomen slechts een deel van de 66 ALMA-antennes, toen de telescoop nog niet zijn volledige resolutie had. Verder onderzoek van deze en andere protoplanetaire schijven met ALMA op volle sterkte zal meer details opleveren over de chemische en structurele evolutie van sterren en planeten.
[3] Deze snelle vorming is cruciaal om de krachten waardoor de moleculen anders zouden worden afgebroken vóór te blijven. Bovendien zijn deze moleculen gedetecteerd in een betrekkelijk rustig gedeelte van de schijf, op 4,5 tot 15 miljard kilometer van de centrale ster. Hoewel die afstand naar zonnestelsel-maatstaven heel groot is, komt dit op de grotere schaal van MWC 480 overeen met de locatie van de komeetvormingszone.
Meer informatie
Dit resultaten van dit onderzoek zijn te vinden in het artikel ‘The Cometary Composition of a Protoplanetary Disk as Revealed by Complex Cyanides’ van K.I. Öberg et al., dat op 9 april 2015 in het tijdschrift Nature verschijnt.
Het onderzoeksteam bestaat uit Karin I. Öberg (Harvard-Smithsonian Centre for Astrophysics, Cambridge, Massachusetts, VS), Viviana V. Guzmán (Harvard-Smithsonian Centre for Astrophysics), Kenji Furuya (Sterrewacht Leiden), Chunhua Qi (Harvard-Smithsonian Centre for Astrophysics), Yuri Aikawa (Kobe University, Kobe, Japan), Sean M. Andrews (Harvard-Smithsonian Centre for Astrophysics), Ryan Loomis (Harvard-Smithsonian Centre for Astrophysics) en David J. Wilner (Harvard-Smithsonian Centre for Astrophysics).
De Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), een internationale astronomische faciliteit, is een samenwerkingsverband van ESO, de National Science Foundation (NSF) van de VS, de National Institutes of Natural Sciences (NINS) van Japan, met steun van de republiek Chili. ALMA wordt gefinanceerd door ESO, namens haar lidstaten, door NSF, in samenwerking met de National Research Council van Canada (NRC) en de National Science Council van Taiwan (NSC), en door NINS, in samenwerking met de Academia Sinica (AS) in Taiwan en het Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI).
De bouw en het beheer van ALMA worden geleid door ESO, namen haar lidstaten; door het National Radio Astronomy Observatory (NRAO), dat bestuurd wordt door de Associated Universities, Inc. (AUI), namens Noord-Amerika, en door het National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ), namens Oost-Azië. De overkoepelende leiding en het toezicht op bouw, ingebruikname en beheer van ALMA is in handen van het Joint ALMA Observatory (JAO).
ESO is de belangrijkste intergouvernementele astronomische organisatie in Europa en de meest productieve sterrenwacht ter wereld. Zij wordt ondersteund door zestien lidstaten: België, Brazilië, Denemarken, Duitsland, Finland, Frankrijk, Italië, Nederland, Oostenrijk, Polen, Portugal, Spanje, Tsjechië, het Verenigd Koninkrijk, Zweden en Zwitserland, en door gastland Chili. ESO voert een ambitieus programma uit, gericht op het ontwerpen, bouwen en beheren van grote sterrenwachten die astronomen in staat stellen om belangrijke wetenschappelijke ontdekkingen te doen. Ook speelt ESO een leidende rol bij het bevorderen en organiseren van samenwerking op astronomisch gebied. ESO beheert drie waarnemingslocaties van wereldklasse in Chili: La Silla, Paranal en Chajnantor. Op Paranal staan ESO’s Very Large Telescope (VLT), de meest geavanceerde optische sterrenwacht ter wereld, en twee surveytelescopen: VISTA werkt in het infrarood en is de grootste surveytelescoop ter wereld en de VLT Survey Telescope is de grootste telescoop die specifiek is ontworpen om de hemel in zichtbaar licht in kaart te brengen. ESO is ook de Europese partner van de revolutionaire telescoop ALMA, het grootste astronomische project van dit moment. En op Cerro Armazones, dicht bij Paranal, bouwt ESO de 39-meter Europese Extremely Large optical/near-infrared Telescope (E-ELT), die ‘het grootste oog op de hemel’ ter wereld zal worden.
