Leidse astronomen vinden ingrediënten voor leven op donkerste plekken van stervormende wolk
Een internationaal team onder leiding van Leidse astronomen heeft diverse moleculen gevonden in ruimte-ijs op de donkerste en koudste plekken van een grote stervormende wolk. Ze deden dit met behulp van de Webb-telescoop. De ontdekking laat zien dat de chemische ingrediënten voor grotere en complexe moleculen al aanwezig zijn lang voor de geboorte van een nieuwe ster. De onderzoekers publiceren hun bevindingen maandagavond in Nature Astronomy.
De ontdekking laat zien dat de ingrediënten voor de vorming van suikers en aminozuren ruim voorhanden zijn, zelfs op de donkerste en koudste plekken in een grote stervormende wolk. De astronomen vonden ijs van water, koolmonoxide, kooldioxide, methaan, cyanaat, carbonylsuflide en methanol. Ook zagen ze signalen die duiden op de aanwezigheid van grotere bevroren organische moleculen.
De bouwstenen voor het leven
Belangrijke bouwstenen voor het leven, zoals suikers en aminozuren, kunnen onder de juiste omstandigheden ontstaan uit eenvoudige moleculen op ijzige stofdeeltjes. Later in het stervormingsproces komen deze stoffen terecht op nieuwe planeten en in hun atmosferen. De onderzoekers willen graag beter begrijpen hoe dit gaat.
Moleculen ontstaan op ijzige stofdeeltjes
De wolk in kwestie bevindt zich in Chamaeleon I (zie omslagfoto), een stervormingsgebied op zo'n 500 lichtjaar van de aarde in de buurt van het zuidelijke sterrenbeeld Kameleon. Hier vormen zich honderden jonge sterren. Dit proces gaat gepaard met chemische reacties waarbij op ijzige stofdeeltjes steeds complexere moleculen ontstaan. Bij deze reacties speelt ultraviolet licht normaal gesproken een belangrijke rol. Als er echter veel gas en stof is, kan dit licht niet doordringen. Uit laboratoriumwerk op aarde blijkt dat op deze plekken vrije atomen een belangrijke rol spelen.
Met Webb duiken in de donksterste gebieden van de wolk
Met de Webb-telescoop is het de onderzoekers nu toch gelukt om naar de zeer donkere gebieden in de wolk te kijken. Daar duurt het nog miljoenen jaren voordat zich sterren vormen. ‘Het blijkt dat ook hier veel en ook veel verschillende soorten ijsdeeltjes aanwezig zijn,’ zegt Melissa McClure, universitair docent en leider van het onderzoeksteam dat als een van de eerste ter wereld met de Webb-telescoop mocht meten. ‘Dankzij de waarnemingen kunnen we beter begrijpen hoe op dergelijke plekken eenvoudige en complexe moleculen ontstaan die op hun beurt weer dienen als bouwstenen voor het leven.'
Zo 'zie' je moleculen in een donkere wolk
Astronomen kunnen het ruimte-ijs ‘zien’ dankzij het infrarode licht van de sterren achter de donkere wolk. Wanneer het licht door de wolk schijnt, absorberen de bevroren moleculen unieke kleuren van het sterlicht. De Webb-telescoop kan dit licht nog net waarnemen. De geabsorbeerde lichtkleuren vormen samen een unieke moleculaire vingerafdruk: een absorptiespectrum. In Leiden vergelijken sterrenkundigen de spectra uit de ruimte met spectra van ijs dat ze in het lab hebben nagemaakt. Zo weten ze vervolgens welke soorten ijs er gemeten zijn.
Grootste database voor ruimte-ijs ooit
Alle spectra uit zowel de ruimte als het lab zijn sinds kort beschikbaar in de grootste database voor ruimte-ijs ooit: De Leiden Ice Database for Astrochemistry (LIDA).
Harold Linnartz, mede-projectleider en directeur van het Laboratorium voor Astrofysica noemt het fantastisch dat de Leidse ijsdatabase nu zo goed van pas komt. ‘Tientallen promovendi en afstudeerders van universiteit en hbo hebben hier jarenlang aan gewerkt. Het wordt nu steeds duidelijker dat vaste stoffen zich in de ruimte buitengewoon gedragen. Ook dat onderzoeken we al jaren in het lab.’
Lees meer over deze database: Grootste database voor ruimte-ijs ooit: ‘een soort telefoonboek, maar dan voor ijs’
'Waarschijnlijk ontwikkelen planeten buitne ons zonnestelsel op dezelfde chemische manier als onze eigen planeten'
Ontwikkelen planten buiten het zonnestelsel op dezelfde manier?
Mede-onderzoeker Will Rocha vertaalt de vaak complexe spectra naar de bijbehorende moleculen. Volgens hem blijkt steeds meer dat de stoffen waaruit organisch materiaal kan ontstaan overal in de ruimte aanwezig zijn. ‘In deze wolk zien we methanol en wellicht ook ethanol en zelfs grotere organische moleculen. Het ligt voor de hand dat exoplaneten in vele opzichten dezelfde chemische ontwikkeling doormaken als de planeten in ons eigen zonnestelsel.
Ijs onderzoeken van donkere wolk tot planeetvormende schijf
In de toekomst hopen de onderzoekers nog meer moleculen in de donkere koude wolk aan te tonen. Ze hebben nu twee plekken in de wolk in detail onderzocht. Er komen er nog tientallen meer aan. Hiervoor gaan de onderzoekers in de wolk systematisch de verschillende fases van ster- en planeetvorming onderzoeken: van donkere wolk tot planeetvormende schijf. Vooral de verschillen tussen de opeenvolgende stadia zijn belangrijk om de evolutie van het ijs te volgen.
Mede mogelijk gemaakt doorNederlands infraroodinstrument
Het onderzoek was mogelijk dankzij MIRI, een van de vier instrumenten aan boord van de Webb-telescoop. Dit instrument is in Nederland ontworpen en gebouwd en medegefinancierd door NOVA, de Nederlandse Onderzoekschool voor Astronomie. MIRI kan precies de kleuren infraroodlicht opvangen die door ijs worden geabsorbeerd.
Wetenschappelijk artikel
An Ice Age JWST inventory of dense molecular cloud ices. Door Melissa McClure et al. In: Nature Astronomy, 23 januari 2023. Origineel: https://www.nature.com/articles/s41550-022-01875-w
Dit bericht is gebaseerd op een persbericht van NOVA.