Een team van onderzoekers onder leiding van de Universiteit van Bern heeft voor het eerst een onverwachte rijkdom aan complexe organische moleculen bij een komeet geïdentificeerd. Dit werd bereikt dankzij de analyse van gegevens die zijn verzameld tijdens ESA's Rosetta-missie op komeet 67P/Churyumov-Gerasimenko, ook bekend als Chury. Deze organische stoffen, die op de vroege aarde zijn afgeleverd door kometen in te slaan, hebben mogelijk geholpen om het op koolstof gebaseerde leven zoals we dat kennen op gang te brengen.

Kometen zijn fossielen uit de oudheid en uit de diepten van ons zonnestelsel, en het zijn overblijfselen van de vorming van de zon, planeten en manen. Een team onder leiding van chemicus Dr. Nora Hänni van het Physics Institute van de Universiteit van Bern, afdeling Ruimteonderzoek en Planetaire Wetenschappen, is er nu voor het eerst in geslaagd een hele reeks complexe organische moleculen bij een komeet te identificeren, zoals ze rapporteren in een studie die eind juni werd gepubliceerd in het tijdschrift Nature Communications .

Nauwkeurigere analyse dankzij Berner massaspectrometer

Halverwege de jaren tachtig werd door de grote ruimteagentschappen een vloot ruimtevaartuigen uitgezonden om langs de komeet van Halley te vliegen. Aan boord waren verschillende massaspectrometers die de chemische samenstelling van zowel de coma van de komeet - de dunne atmosfeer als gevolg van sublimatie van komeetijs dicht bij de zon - als die van inslaande stofdeeltjes hebben gemeten. De gegevens die door deze instrumenten werden verzameld, hadden echter niet de resolutie die nodig was om een ​​eenduidige interpretatie mogelijk te maken.

Nu, meer dan 30 jaar later, heeft de hoge-resolutie massaspectrometer ROSINA, een door Bern geleid instrument aan boord van ESA's Rosetta-ruimtevaartuig, tussen 2014 en 2016 gegevens verzameld bij komeet 67P/Churyumov-Gerasimenko, ook bekend als Chury. de onderzoekers om voor het eerst licht te werpen op het complexe organische budget van Chury.

Het geheim was verborgen in het stof

Toen Chury zijn perihelium bereikte, het punt dat het dichtst bij de zon ligt, werd hij erg actief. Sublimerend kometenijs creëerde een uitstroom die stofdeeltjes meesleurde. Uitgedreven deeltjes werden door zonnestraling opgewarmd tot temperaturen die hoger waren dan die welke gewoonlijk worden waargenomen aan het komeetoppervlak. Hierdoor kunnen grotere en zwaardere moleculen desorberen, waardoor ze beschikbaar zijn voor de massaspectrometer met hoge resolutie ROSINA-DFMS (Rosetta Orbiter Sensor for Ion and Neutral Analysis-Double Focusing Mass Spectrometer).

De astrofysicus prof. em. Dr. Kathrin Altwegg, hoofdonderzoeker van het ROSINA-instrument en co-auteur van de nieuwe studie, zegt:"Vanwege de extreem stoffige omstandigheden moest het ruimtevaartuig zich terugtrekken naar een veilige afstand van iets meer dan 200 km boven het komeetoppervlak zodat de instrumenten onder stabiele omstandigheden kunnen werken." Daardoor was het mogelijk soorten te detecteren die bestonden uit meer dan een handvol atomen die voorheen verborgen waren gebleven in het kometenstof.

De interpretatie van dergelijke complexe gegevens is een uitdaging. Het Berner-team van onderzoekers heeft echter met succes een aantal complexe organische moleculen geïdentificeerd, die nog nooit eerder in een komeet zijn gevonden. "We vonden bijvoorbeeld naftaleen, dat verantwoordelijk is voor de karakteristieke geur van mottenballen. En we vonden ook benzoëzuur, een natuurlijk bestanddeel van wierook. Daarnaast identificeerden we benzaldehyde, dat veel wordt gebruikt om amandelsmaak aan voedsel te geven, en vele andere moleculen Deze zware organische stoffen zouden de geur van Chury blijkbaar nog complexer, maar ook aantrekkelijker maken", zegt Hänni.

Afgezien van geurmoleculen zijn er ook veel soorten met zogenaamde prebiotische functionaliteit geïdentificeerd in het organische budget van Chury (bijvoorbeeld formamide). Dergelijke verbindingen zijn belangrijke tussenproducten bij de synthese van biomoleculen (bijvoorbeeld suikers of aminozuren). "Het lijkt daarom waarschijnlijk dat de invloed van kometen - als essentiële leveranciers van organisch materiaal - ook heeft bijgedragen aan de opkomst van op koolstof gebaseerd leven op aarde", legt Hänni uit.

Vergelijkbare organische stoffen in Saturnus en meteorieten

Naast de identificatie van individuele moleculen, voerden de onderzoekers ook een gedetailleerde karakterisering uit van het volledige ensemble van complexe organische moleculen in komeet Chury, waardoor het in de grotere context van het zonnestelsel kon worden geplaatst. Parameters zoals de gemiddelde somformule van dit organische materiaal of de gemiddelde bindingsgeometrie van de koolstofatomen erin zijn van belang voor een brede wetenschappelijke gemeenschap, variërend van astronomen tot wetenschappers van het zonnestelsel.

"Het bleek dat het complexe organische budget van Chury gemiddeld identiek is aan het oplosbare deel van meteoritisch organisch materiaal", legt Hänni uit. "Bovendien lijkt het moleculaire budget van Chury, afgezien van de relatieve hoeveelheid waterstofatomen, ook sterk op het organische materiaal dat vanuit de binnenste ring op Saturnus regent, zoals gedetecteerd door de INMS-massaspectrometer aan boord van NASA's Cassini-ruimtevaartuig."

"We vinden niet alleen overeenkomsten tussen de organische reservoirs in het zonnestelsel, maar veel van Chury's organische moleculen zijn ook aanwezig in moleculaire wolken, de geboorteplaatsen van nieuwe sterren", zegt prof. dr. Susanne Wampfler, astrofysicus bij het Center for Space en Habitability (CSH) aan de Universiteit van Bern en co-auteur van de publicatie. "Onze bevindingen zijn consistent met en ondersteunen het scenario van een gedeelde presolaire oorsprong van de verschillende reservoirs van organische stoffen in het zonnestelsel, wat bevestigt dat kometen inderdaad materiaal vervoeren uit de tijd lang voordat ons zonnestelsel ontstond." + Verder verkennen

Vlucht door de stofwolk van de komeet Chury lost chemisch mysterie op