Mit dem Radioteleskopverbund ALMA haben Astronomen kürzlich komplexe organische Moleküle vom Typ der Methylcyanide in der protoplanetaren Scheibe um den jungen Stern MWC 480 nachgewiesen. Diese Moleküle gelten als einer der Grundbausteine des Lebens. Dies ist ein weiterer Anhaltspunkt dafür, dass die komplexe organische Chemie und damit möglicherweise auch die Voraussetzung für die Entstehung von Leben universell ist.
Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: ESO, Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics.
(Bild: ESO, Digitized Sky Survey 2)
Neue Sterne entwickeln sich aus interstellaren Gas- und Staubwolken, welche durch gravitative Einflüsse kollabieren. Hierbei bilden sich im Inneren diesen Wolken dichte und sehr heiße Materiekonzentrationen, welche sich letztendlich im Rahmen einer stellaren Kernfusion entzünden und im Rahmen dieses Prozesses zu Sternen werden. Das im Rahmen dieser Sternentstehung nicht verbrauchte Material konzentriert sich zunächst in einer diesen ’neu geborenen‘ Stern umgebenden protoplanetaren Scheibe und ist das Ausgangsmaterial für die sich im Verlauf eines komplexen Entstehungsprozesses innerhalb dieses Sternsystems bildenden Kometen, Asteroiden und Planeten.
Bei einem solchen von einer protoplanetaren Scheibe umgebenen Stern handelt es sich um den etwa 455 Lichtjahre von unserem Sonnensystem entfernt gelegenen Stern MWC 480, welcher über ein Alter von etwa einer Million Jahren verfügt und der ein Bestandteil des im Bereich des Sternbildes Stier (lat. Name „Taurus“) gelegenen Taurus-Sternentstehungsgebietes ist. MWC 480 verfügt in etwa über die doppelte Masse des Zentralgestirns unseres Sonnensystems und die den Stern umgebende protoplanetaren Scheibe befindet sich noch in einer sehr frühen Entwicklungsphase. Frühere Beobachtungen zeigten, dass sich in dieser Scheibe neben Staubpartikeln auch größere Mengen an atomaren Wasserstoff, Wasserdampf und Kohlenmonoxid befinden.
Komplexe organische Moleküle
Jetzt ist es Astronomen zudem gelungen, im Bereich der den Stern MWC 480 umgebenden protoplanetaren Scheibe die Existenz verschiedener komplexer organischer Moleküle nachzuweisen, die allgemein als die ‚Bausteine des Lebens‘ angesehen werden. Die Beobachtungen, welche mit dem Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (kurz „ALMA“) erfolgten, zeigen, dass sich in der Scheibe große Mengen an Cyanwasserstoff (HCN) sowie von einem mit diesem verwandten, aber deutlich komplexeren Molekül – dem ebenfalls auf Kohlenstoff basierenden Methylcyanid (CH3CN) – befinden. Die Menge des in der Umgebung von MWC 480 detektierten Methylcyanids würde ausreichen, um damit alle Ozeane auf der Erde zu füllen.
Diese organischen Moleküle konzentrieren sich auf die relativ kalten Außenbereiche der protoplanetaren Scheibe von MWC 480. Die Astronomen nehmen an, dass diese Region, welche sich etwa 4,5 bis 15 Milliarden Kilometern von dem Zentralgestirn entfernt befindet, mit dem Kuipergürtel unseres Sonnensystems vergleichbar ist, wo sich viele Planetesimale und Kometen befinden.
(Bild: B. Saxton (NRAO, AUI, NSF))
Die Kometen innerhalb unseres Sonnensystems bewegen sich auf stark elliptischen Umlaufbahnen um die Sonne. Den Großteil ihrer Existenz fristen diese auch als ’schmutzige Schneebälle‘ bezeichneten Objekte dabei fernab der Sonne als kalte, nahezu unveränderliche Brocken, die im Wesentlichen aus Wassereis, Staub- und Gesteinspartikeln sowie verschiedenen gefrorenen Gasen wie zum Beispiel Kohlenstoffdioxid, Methan und Ammoniak bestehen. Die Kometen sind wahrscheinlich die ältesten und weitgehend unverändert gebliebenen Überreste der protosolaren Staubscheibe, aus der sich vor etwa 4,64 Milliarden Jahren unser Sonnensystem gebildet hat.
In den Kometen ist diese Materie aus der Entstehungszeit unseres Sonnensystems dabei bis in die Gegenwart wie in einer ‚kosmischen Tiefkühltruhe‘ konserviert. Es wird davon ausgegangen, dass die Kometen und Asteroiden aus den Außenbereichen unseres Sonnensystems einstmals Wasser und organische Moleküle auf die Erde verfrachteten und dadurch die Voraussetzung für die Entwicklung von primitiven Lebensformen erzeugten (Raumfahrer.net berichtete).
Den Astronomen ist bereits seit längerer Zeit bekannt, dass interstellaren Gas- und Staubwolken sehr effiziente Produktionsstätten für die Bildung von komplexen organischen Moleküle darstellen – einschließlich einer Molekülgruppe, welche in der organischen Chemie als Cyanide bezeichnet werden. Diese Cyanide – und ganz besonders Methylcyanid – sind für die Entstehung von einfachen Lebensformen vermutlich von besonderer Bedeutung, da sie Kohlenstoff-Stickstoff-Verbindungen enthalten, welche für die Bildung von Aminosäuren unerlässlich sind und somit als Basis für Proteine dienen. Ebenfalls konnte in der Vergangenheit die Existenz von Methylcyanid in der Umgebung von einigen wenigen sonnenähnlichen Sternen nachgewiesen werden.
Bis in die Gegenwart war jedoch noch unklar, ob sich diese komplexen organischen Moleküle auch in der energiereichen und somit auch ‚zerstörerischen‘ Umgebung eines in der Entstehungsphase befindlichen Sternsystems bilden können, da die dort auftretenden Bedingungen komplexe chemische Verbindungen leicht aufbrechen können. Dank der außerordentlichen Messempfindlichkeit des Radioteleskopverbundes ALMA konnten die Astronomen jetzt anhand der Beobachtungen des Sterns MWC 480 nachweisen, dass diese Moleküle innerhalb der dortigen protoplanetaren Scheibe nicht nur ‚überleben‘, sondern dort auch in den äußeren Bereichen in großer Zahl vertreten sind. Dies zeigt den Wissenschaftlern, dass protoplanetare Scheiben innerhalb einer relativ kurzen Zeitspanne prinzipiell sehr effizient komplexe organische Moleküle bilden können.
(Bild: A. Marinkovic, X-Cam, ALMA (ESO/NAOJ/NRAO))
„Untersuchungen von Kometen und Asteroiden [in unserem Sonnensystem] zeigen, dass der solare Urnebel, der die Sonne und Planeten hervorbrachte, reich an Wasser und komplexen organischen Verbindungen war“, so Dr. Karin Ingegerd Öberg vom Harvard-Smithsonian Center für Astrophysik in Cambridge/Massachusetts in den USA, die Erstautorin der mit den hier beschriebenen ALMA-Untersuchungen verbunden Studie. „Wir haben jetzt genauere Belege dafür, dass dieselben chemischen Eigenschaften auch anderorts im Universum vorkommen. Zum Beispiel in Regionen, in denen Sternsysteme entstehen könnten, die unserem Sonnensystem nicht unähnlich wären. Das ist besonders verblüffend, da die Moleküle, die in der Umgebung von MWC 480 gefunden wurden, in ähnlicher Konzentration auch in den Kometen in unserem Sonnensystem zu finden sind.“
Auf diesen Erkenntnissen basierend nehmen die an der ALMA-Untersuchung von MWC 480 beteiligten Wissenschaftler an, dass organische Moleküle, welche im Rahmen der weiteren Entwicklung von in der Entstehungsphase befindlichen Sternsystemen in die dort entstehenden Kometen, Asteroiden und Planetesimalen ‚eingekapselt‘ werden, in der Folgezeit auch in andere, lebensfreundlichere Umgebungen im Bereich des jeweiligen inneren Sternsystems transportiert werden könnten, wo sich unter Umständen zum gleichen Zeitpunkt erdähnliche Planeten oder gar eine ‚Zweite Erde‘ bilden könnten. Durch Impakte könnten dabei die ‚Grundbausteine des Lebens‘ auf diese Planeten befördern.
„Aus den Beobachtungen von Exoplaneten wissen wir, dass unser Sonnensystem bezüglich der Anzahl an Planeten und der Reichhaltigkeit an Wasser nicht einzigartig ist“, so Karin Öberg weiter. „Jetzt wissen wir auch, dass wir mit unseren organischen Eigenschaften nicht einzigartig sind. Ein weiteres Mal haben wir gelernt, dass wir nicht besonders sind. Aus der Sicht des Lebens im Universum sind das tolle Neuigkeiten.“
Die hier kurz vorgestellten Forschungsergebnisse von Karin Ingegerd Öberg et al. wurden am 9. April 2015 unter dem Titel „The cometary composition of a protoplanetary disk as revealed by complex cyanides“ in der Fachzeitschrift Nature publiziert.
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Fachartikel von Karin I. Öberg et al.:
