ALMA entdeckt Bausteine für Leben um jungen sonnenähnlichen Stern

Mit dem Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) in Chile gelang es zwei Astronomenteams das präbiotische komplexe organische Molekül Methylisocyanat [1] im Mehrfachsternsysem IRAS 16293-2422 nachzuweisen. Ein Team stand unter der gemeinsamen Leitung von Rafael Martín-Doménech vom Centro de Astrobiología in Madrid in Spanien und Víctor M. Rivilla vom INAF-Osservatorio Astrofisico di Arcetri in Florenz in Italien; die Leiter des anderen Teams waren Niels Ligterink von der Sterrewacht Leiden in den Niederlanden und Audrey Coutens vom University College London in Großbritannien.

„Dieses Sternsystem beschäftigt uns auch weiterhin! Nach der Entdeckung von Zuckern, haben wir jetzt Methylisocyanat gefunden. Diese Art organischer Moleküle ist an der Synthese von Peptiden und Aminosäuren beteiligt, die als Proteine die biologische Basis für Leben bilden, wie wir es kennen“, erläutern Niels Ligterink und Audrey Coutens [2].

Dank ALMAs Leistungsvermögen konnten beide Forschungsgruppen die Moleküle bei verschiedenen charakteristischen Wellenlängen entlang des Radiospektrums beobachten [3]. In den warmen, dichten inneren Regionen des Kokons aus Staub und Gas, der junge Sterne in ihren frühesten Entwicklungsstadien umgibt, stießen die Wissenschaftler auf die einzigartigen chemischen Spuren. Beide Teams identifizierten und isolierten jeweils die charakteristischen Merkmale des komplexen organischen Moleküls Methylisocyanat [4]. Chemische Computermodelle und Laborexperimente halfen den Forschern besser zu verstehen, unter welchen Bedingungen sich die Moleküle bilden können [5].

IRAS 16293-2422 ist ein Mehrfachsternsystem aus sehr jungen Sternen in einer Entfernung von etwa 400 Lichtjahren in einer großen Sternentstehungsregion im Sternbild Schlangenträger (lat. Ophiuchus), die den Namen Rho Ophiuchi trägt. Die neuen ALMA-Ergebnisse zeigen, dass jeder dieser jungen Sterne von Gas aus Methylisocyanat umgeben ist.

Die Erde und die anderen Planeten in unserem Sonnensystem sind aus der Materie entstanden, die nach der Entstehung der Sonne übrigblieb. Die Erforschung sonnenähnlicher Protosterne kann Astronomen deshalb einen Blick in unsere eigene Vergangenheit ermöglichen, da sie bei IRAS 16293-2422 ähnliche Bedingungen vorfinden, wie sie für die Entstehung unseres Sonnensystems vor 4,5 Milliarden Jahren nötig waren.

Rafael Martín-Doménech und Víctor M. Rivilla, die Hauptautoren eines der Fachartikel, meinen: „Über das Ergebnis sind wir besonders erfreut, da diese Protosterne der Sonne zu Beginn ihres Lebens sehr ähnlich sind und dieselben Bedingungen aufweisen, die für die Entstehung erdgroßer Planeten förderlich sind. Die Entdeckung präbiotischer Moleküle im Rahmen dieser Untersuchung könnte bedeuten, dass wir ein weiteres Puzzlestück in der Frage gefunden haben, wie das Leben auf unseren Planeten kam.“

Niels Ligterink ist erfreut angesichts der unterstützenden Laborergebnisse: „Abgesehen von der Entdeckung von Molekülen wollen wir auch verstehen, wie sie entstanden sind. Unsere Larborexperimente zeigen, dass sich Methylisocyanat unter sehr kalten Bedingungen, die ähnlich denen im interstellaren Raum sind, tatsächlich auf Eispartikeln bilden kann. Das bedeutet auch, dass diese Moleküle – und damit auch die Basis für Peptidbindungen – tatsächlich mit großer Wahrscheinlichkeit in der Nähe der meisten neuentstandenen sonnenähnlichen Sterne zu finden sind.“

[1] In der Astrochemie besteht ein komplexes organisches Molekül per Definition aus sechs oder mehr Atomen, von denen mindestens eins ein Kohlenstoffatom ist. Methylisocyanat enthält Kohlenstoff-, Wasserstoff-, Stickstoff- und Sauerstoffatome und bildet die chemische Struktur CH₃NCO. Die äußerst giftige Substanz gilt als Haupttodesursache nach der Katastrophe von Bhopal im Jahr 1984.

[2] Das System wurde bereits 2012 von ALMA untersucht, wobei Moleküle der einfachen Zuckerverbindung Glycolaldehyd entdeckt wurden, die ebenfalls als Baustein für Leben gilt.

[3] Das Team unter der Leitung von Rafael Martín-Doménech nutzte neue und archivierte Daten des Protosterns, die einen großen Wellenlängenbereich der Empfangsbänder 3, 4 und 6 von ALMA abdecken. Niels Ligterink und seine Kollegen nutzten Daten des ALMA Protostellar Interferometric Line Survey (PILS), die die chemische Komplexität von IRAS 16293-2422 durch die kleinskalige Abbildung des kompletten Wellenlängenbereichs erfassen soll, der durch ALMAs Band 7 abgedeckt wird, und die der Größe unseres Sonnensystems entspricht.

[4] Das Team führte spektrografische Analysen des Lichts des Protosterns durch um die chemischen Bestandteile zu bestimmen. Die Menge an Methylisocyanat, die sie fanden – die Häufigkeit – in Bezug zu molekularem Wasserstoff und anderen Tracern ist vergleichbar mit früheren Entdeckungen um zwei massereiche Protosterne (innerhalb der massereichen heißen molekularen Kerne von Orion KL und Sagittarius B2 Nord).

[5] Martín-Doménechs Team modellierte chemisch die Entstehung von Methylisocyanat aus Gas und Staubkörnern. Die beobachtete Häufigkeit der Moleküle könnte durch die Chemie auf der Oberfläche von Staubkörnern im Weltraum und die folgenden chemischen Reaktionen in der Gasphase erklärt werden. Darüber hinaus zeigte Ligterinks Team mit Tieftemperaturexperimenten im Ultrahochvakuum in ihrem Labor in Leiden, dass sich die Moleküle bei extrem kalten interstellaren Temperaturen bis zu 15 Kelvin (-258°C) bilden können.

Die hier präsentierten Forschungsergebnisse sind Inhalt zweier Fachartikel: „First Detection of Methyl Isocyanate (CH3NCO) in a solar-type Protostar“ von R. Martín-Doménech et al. und „The ALMA-PILS survey: Detection of CH3NCO toward the low-mass protostar IRAS 16293-2422 and laboratory constraints on its formation”, von N. F. W. Ligterink et al. Beide Artikel erscheinen in derselben Ausgabe der Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Die beteiligten Wissenschaftler des einen Teams sind: R. Martín-Doménech (Centro de Astrobiología, Spanien), V. M. Rivilla (INAF-Osservatorio Astrofisico di Arcetri, Italien), I. Jiménez-Serra (Queen Mary University of London, Großbritannien), D. Quénard (Queen Mary University of London, Großbritannien), L. Testi (INAF-Osservatorio Astrofisico di Arcetri, Italien; ESO, Garching; Exzellenzcluster “Universe”) und J. Martín-Pintado (Centro de Astrobiología, Spanien).

Die beteiligten Wissenschaftler des anderen Teams sind: N. F. W. Ligterink (Sackler Laboratory for Astrophysics, Sterrewacht Leiden, Niederlande), A. Coutens (University College London, Großbritannien), V. Kofman (Sackler Laboratory for Astrophysics, Niederlande), H. S. P. Müller (Universität zu Köln), R. T. Garrod (University of Virginia, USA), H. Calcutt (Niels Bohr Institute & Natural History Museum, Dänemark), S. F. Wampfler (Center for Space and Habitability, Bern), J. K. Jørgensen (Niels Bohr Institute & Natural History Museum, Dänemark), H. Linnartz (Sackler Laboratory for Astrophysics, Niederlande) und E. F. van Dishoeck (Sterrewacht Leiden, Niederlande; Max-Planck-Institut für Extraterrestrische Physik, Garching).

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Die Übersetzungen von englischsprachigen ESO-Pressemitteilungen sind ein Service des ESO Science Outreach Network (ESON), eines internationalen Netzwerks für astronomische Öffentlichkeitsarbeit, in dem Wissenschaftler und Wissenschaftskommunikatoren aus allen ESO-Mitgliedsländern (und einigen weiteren Staaten) vertreten sind. Deutscher Knoten des Netzwerks ist das Haus der Astronomie in Heidelberg.

• Fachartikel: Martín-Doménech et al. 2017
• Fachartikel: Ligterink et al. 2017
• Fotos von ALMA

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Rafael Martín-Doménech
Centro de Astrobiología
Madrid, Spain
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Victor Rivilla
INAF-Osservatorio Astrofisico di Arcetri
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Audrey Coutens
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Dies ist eine Übersetzung der ESO-Pressemitteilung eso1718.