Wetenschap
Webb vindt ethanol en andere ijzige ingrediënten voor nieuwe werelden
Een internationaal team van astronomen heeft met behulp van de James Webb-ruimtetelescoop van NASA/ESA/CSA een verscheidenheid aan moleculen ontdekt, variërend van relatief eenvoudige moleculen zoals methaan tot complexe verbindingen zoals azijnzuur en ethanol, in protosterren in een vroeg stadium waarin zich nog geen planeten hebben gevormd. . Dit zijn de belangrijkste ingrediënten voor het maken van potentieel bewoonbare werelden.
De aanwezigheid van complexe organische moleculen (COM's) in de vaste fase in protosterren werd decennia geleden voor het eerst voorspeld op basis van laboratoriumexperimenten, en voorzichtige detecties van deze moleculen zijn gedaan door andere ruimtetelescopen. Dit geldt ook voor Webb's Early Release Science Ice Age-programma, dat diverse soorten ijs ontdekte in de donkerste en koudste gebieden van een moleculaire wolk die tot nu toe is gemeten.
Nu, met de ongekende spectrale resolutie en gevoeligheid van Webb's Mid-InfraRed Instrument (MIRI), als onderdeel van het JOYS+ (James Webb Observations of Young ProtoStars) programma, zijn deze COM's individueel geïdentificeerd en bevestigd dat ze aanwezig zijn in het interstellaire ijs. Dit omvat de robuuste detectie van acetaldehyde, ethanol (wat wij alcohol noemen), methylformiaat en waarschijnlijk azijnzuur (het zuur in azijn) in de vaste fase.
"Deze bevinding draagt bij aan een van de al lang bestaande vragen in de astrochemie", zegt teamleider Will Rocha van de Universiteit Leiden in Nederland. "Wat is de oorsprong van COM's in de ruimte? Worden ze gemaakt in de gasfase of in ijs? De detectie van COM's in ijs suggereert dat chemische reacties in de vaste fase op de oppervlakken van koude stofkorrels complexe soorten moleculen kunnen vormen." /P>
Omdat verschillende COM's, waaronder die welke in dit onderzoek in de vaste fase zijn gedetecteerd, eerder in de warme gasfase werden gedetecteerd, wordt nu aangenomen dat ze afkomstig zijn van de sublimatie van ijs. Sublimatie is het direct overgaan van een vaste stof naar een gas zonder dat het een vloeistof wordt. Daarom maakt het detecteren van COM's in ijs astronomen hoopvol over het ontwikkelen van een beter begrip van de oorsprong van andere, nog grotere moleculen in de ruimte.
Harold Linnartz leidde jarenlang het Laboratorium voor Astrofysica in Leiden en coördineerde de metingen van de gegevens die werden gebruikt in het onderzoek dat werd gepubliceerd in Astronomy &Astrophysics . Ewine van Dishoeck van de Universiteit Leiden, een van de coördinatoren van het JOYS+ programma, vertelde:"Harold was vooral blij dat laboratoriumwerk in de COM-opdrachten een belangrijke rol kon spelen, aangezien het lang heeft geduurd voordat dit zover was."
Wetenschappers willen ook graag onderzoeken in hoeverre deze COM’s in veel latere stadia van de evolutie van de protoster naar planeten worden getransporteerd. COM's in ijs worden efficiënter naar planeetvormende schijven getransporteerd dan gas uit wolken. Deze ijzige COM's kunnen daarom worden geërfd door kometen en asteroïden, die op hun beurt kunnen botsen met planeten in vorming. In dat scenario kunnen COM's naar die planeten worden gebracht, waardoor mogelijk de ingrediënten worden geleverd om leven te laten bloeien.
Het wetenschappelijke team ontdekte ook eenvoudigere moleculen, waaronder methaan, mierenzuur (dat de angel van mieren pijnlijk maakt), zwaveldioxide en formaldehyde. Vooral zwaveldioxide stelt het team in staat het beschikbare zwavelbudget in protosterren te onderzoeken. Bovendien is het van prebiotisch belang omdat bestaand onderzoek suggereert dat zwavelhoudende verbindingen een belangrijke rol speelden bij het aansturen van metabolische reacties op de primitieve aarde. Er werden ook negatieve ionen gedetecteerd; ze maken deel uit van zouten die cruciaal zijn voor de ontwikkeling van verdere chemische complexiteit bij hogere temperaturen. Dit geeft aan dat het ijs mogelijk veel complexer is en verder onderzoek vereist.
Van bijzonder belang is dat een van de onderzochte bronnen, IRAS 2A, wordt gekarakteriseerd als een protoster met een lage massa. IRAS 2A kan daarom overeenkomsten vertonen met de oerstadia van ons eigen zonnestelsel. Als dat het geval is, waren de chemische soorten die in deze bron zijn geïdentificeerd waarschijnlijk aanwezig in de eerste stadia van de ontwikkeling van ons zonnestelsel en zijn ze later naar de primitieve aarde overgebracht.
Al deze moleculen kunnen onderdeel worden van kometen en asteroïden en uiteindelijk van nieuwe planetaire systemen wanneer het ijzige materiaal naar binnen wordt getransporteerd naar de planeetvormende schijven terwijl het protostellaire systeem evolueert", aldus Van Dishoeck. "We kijken ernaar uit om deze astrochemische stap te volgen. stap voor stap met meer Webb-gegevens in de komende jaren."
Ander recent werk van Pooneh Nazari van de Sterrewacht Leiden, geplaatst op de arXiv preprint-server, wekt ook de hoop van astronomen op het vinden van meer complexiteit in ijs, na de voorzichtige detecties van methylcyanide en ethylcyanide uit Webb NIRSpec-gegevens. Nazari zegt:"Het is indrukwekkend hoe Webb ons nu in staat stelt de ijschemie verder te onderzoeken tot op het niveau van cyaniden, belangrijke ingrediënten in de prebiotische chemie."