JWST opdager ioniseret molekyle, der kan være involveret i livets fremkomst - Physics World

JWST opdager ioniseret molekyle, der kan være involveret i livets fremkomst - Physics World

Tidsstempel: 25. juli 2023 kl. 9

Methylkationer i d203-506
Stjernedannende område: billede fra JWST's Mid-Infrared Instrument viser et lille område af Oriontågen. I midten af ​​dette billede er d203-506, hvor astronomer har observeret methylkationer for første gang i d203-506. (Med høflighed: ESA/Webb, NASA, CSA, M. Zamani (ESA/Webb) og PDRs4All ERS Team)

For første gang har astronomer observeret signaturen af ​​methylkationer i en planetdannende skive. Ved hjælp af James Webb Space Telescope (JWST), et hold ledet af Olivier Berné ved universitetet i Toulouse har vist, at methylkationer – en vigtig forløber for kompleks organisk kemi – dannes i den intense ultraviolette stråling, der udsendes af massive unge stjerner i nærheden.

I 1970'erne foreslog astronomer først, at methylkationmolekylet (CH3+) kunne være en nøgleudløser for kompleks organisk kemi i rummet - en proces, der i sidste ende kan føre til fremkomsten af ​​liv. Bevis for CH3+ i rummet kunne pege på tilstedeværelsen af ​​større molekyler - men indtil videre har en kombination af faktorer betydet, at CH3+ ikke var blevet observeret uden for solsystemet.

Den største udfordring for dem, der forsøger at observere ionen, er, at CH3+ har ikke et permanent dipolmoment, som gør det usynligt for radioteleskoper. Alternativt kan ionen identificeres ud fra de spektroskopiske linjer, den præger på infrarød stråling. Disse bølgelængder er imidlertid stærkt absorberet eller spredt af Jordens atmosfære, hvilket gør dem praktisk talt umulige at se fra jorden.

Ung rød dværg

Fra sin bane højt over Jorden har JWST nu opdaget denne spektroskopiske signatur i et system kaldet d203-506, som er 1350 lysår væk i Orion-tågen. Systemet består af en ung rød dværgstjerne, der er omgivet af en planetdannende skive.

Fordi CH3+  havde været så undvigende, at Bernés hold kæmpede for at identificere signaturen, men holdet identificerede den til sidst som den første nogensinde påvisning af interstellar CH3+. "Vores opdagelse blev kun mulig, fordi astronomer, modelbyggere og laboratoriespektroskopister gik sammen for at forstå de unikke egenskaber observeret af James Webb," forklarer teammedlem. Marie-Aline Martin-Drumel ved Paris-Saclay University.

Resultatet er især fascinerende, fordi Orion-tågen er fyldt med unge, massive stjerner, som bader d203-506 i intens ultraviolet stråling. Baseret på kemiske signaturer fundet i meteoritter, tror astronomer nu bredt, at planetsystemer som solsystemet engang blev bombarderet med lignende niveauer af stråling. Denne stråling kan stamme fra massive stjerner, såsom dem, der er dannet af den samme sky af materiale, som skabte Solen. Disse enorme stjerner brændte derefter ud efter blot et par millioner år.

Destruktiv stråling

Selvom intens ultraviolet stråling er ødelæggende for komplekse organiske molekyler, tyder disse seneste resultater på, at det kan give den nødvendige energi til at ionisere metan, hvilket udløser produktionen af ​​CH3+. Et andet interessant fund var manglen på vand påvist i d203-506 – hvilket også kunne relateres til høje niveauer af ultraviolet stråling.

"Dette viser tydeligt, at ultraviolet stråling fuldstændig kan ændre kemien af ​​en proto-planetarisk skive," forklarer Berné. "Det kan faktisk spille en afgørende rolle i de tidlige kemiske stadier af livets oprindelse ved at hjælpe med at producere CH3+ – noget, der måske tidligere er blevet undervurderet.”

Denne proces kan gøre det muligt for mere komplekse molekyler at dukke op senere, når de massive stjerner er brændt ud. På dette tidspunkt kunne ionerne i sidste ende fortsætte med at danne aminosyrer, nukleotider og andre vigtige molekylære byggesten i livet.

Alt i alt er resultatet en vigtig milepæl i vores forståelse af kemien i nye stjernesystemer. "Denne påvisning af CH3+ validerer ikke kun den utrolige følsomhed af [JWST], men bekræfter også den postulerede centrale betydning af CH3+ i interstellar kemi,” siger Martin-Drumel. Mens JWST fortsætter sin udforskning af himlen, håber holdet, at deres resultat kun vil være starten på en ny bølge af lignende opdagelser.

Forskningen er beskrevet i Natur.

Tidsstempel:

Mere fra Fysik verden