JWST entdeckt ionisierte Moleküle, die an der Entstehung von Leben beteiligt sein könnten – Physics World

Zum ersten Mal haben Astronomen die Signatur von Methylkationen in einer Planetenbildungsscheibe beobachtet. Mit dem James Webb Space Telescope (JWST) hat ein Team unter der Leitung von Olivier Berne an der Universität Toulouse hat gezeigt, dass Methylkationen – ein wichtiger Vorläufer der komplexen organischen Chemie – in der intensiven ultravioletten Strahlung gebildet werden, die von massereichen jungen Sternen in der Nähe ausgesandt wird.

In den 1970er Jahren schlugen Astronomen erstmals vor, dass das Methylkation-Molekül (CH₃⁺) könnte ein entscheidender Auslöser für die komplexe organische Chemie im Weltraum sein – ein Prozess, der schließlich zur Entstehung von Leben führen könnte. Nachweis von CH₃⁺ im Weltraum könnte auf das Vorhandensein größerer Moleküle hinweisen – doch bisher hat eine Kombination von Faktoren dazu geführt, dass CH₃⁺ außerhalb des Sonnensystems nicht beobachtet worden.

Die größte Herausforderung für diejenigen, die das Ion beobachten wollen, besteht darin, dass CH₃⁺ besitzt kein permanentes Dipolmoment, was es für Radioteleskope unsichtbar macht. Alternativ kann das Ion anhand der spektroskopischen Linien identifiziert werden, die es der Infrarotstrahlung aufprägt. Diese Wellenlängen werden jedoch von der Erdatmosphäre stark absorbiert oder gestreut, sodass sie vom Boden aus praktisch nicht sichtbar sind.

Junger Roter Zwerg

Aus seiner Umlaufbahn hoch über der Erde hat das JWST diese spektroskopische Signatur nun in einem System namens d203-506 entdeckt, das 1350 Lichtjahre entfernt im Orionnebel liegt. Das System besteht aus einem jungen Roten Zwergstern, der von einer Planeten bildenden Scheibe umgeben ist.

Weil CH₃⁺  war so schwer fassbar gewesen, dass Bernés Team Schwierigkeiten hatte, die Signatur zu identifizieren, aber das Team identifizierte es schließlich als den ersten Nachweis von interstellarem CH₃⁺. „Unsere Entdeckung wurde nur möglich, weil Astronomen, Modellbauer und Laborspektroskopiker ihre Kräfte bündelten, um die von James Webb beobachteten einzigartigen Merkmale zu verstehen“, erklärt ein Teammitglied Marie-Aline Martin-Drumel an der Universität Paris-Saclay.

Das Ergebnis ist besonders faszinierend, da der Orionnebel voller junger, massereicher Sterne ist, die d203-506 in intensive ultraviolette Strahlung tauchen. Aufgrund der in Meteoriten gefundenen chemischen Signaturen glauben Astronomen heute weitgehend, dass Planetensysteme wie das Sonnensystem einst mit ähnlicher Strahlung bombardiert wurden. Diese Strahlung könnte von massereichen Sternen stammen, etwa solchen, die aus derselben Materialwolke entstanden sind, aus der auch die Sonne entstanden ist. Diese riesigen Sterne brannten dann bereits nach wenigen Millionen Jahren aus.

Zerstörerische Strahlung

Obwohl intensive ultraviolette Strahlung komplexe organische Moleküle zerstört, deuten diese neuesten Ergebnisse darauf hin, dass sie die Energie liefern könnte, die zur Ionisierung von Methan erforderlich ist, wodurch die Produktion von CH ausgelöst wird₃⁺. Ein weiterer interessanter Befund war der in d203-506 festgestellte Wassermangel – der ebenfalls mit hoher UV-Strahlung zusammenhängen könnte.

„Das zeigt deutlich, dass ultraviolette Strahlung die Chemie einer protoplanetaren Scheibe vollständig verändern kann“, erklärt Berné. „Es könnte tatsächlich eine entscheidende Rolle in den frühen chemischen Stadien der Entstehung des Lebens spielen, indem es bei der Produktion von CH hilft₃⁺ – etwas, das bisher vielleicht unterschätzt wurde.“

Dieser Prozess könnte später die Entstehung komplexerer Moleküle ermöglichen, wenn die massereichen Sterne ausgebrannt sind. An diesem Punkt könnten die Ionen schließlich Aminosäuren, Nukleotide und andere wichtige molekulare Bausteine ​​des Lebens bilden.

Insgesamt ist das Ergebnis ein wichtiger Meilenstein für unser Verständnis der Chemie entstehender Sternensysteme. „Dieser Nachweis von CH₃⁺ bestätigt nicht nur die unglaubliche Sensibilität des [JWST], sondern bestätigt auch die postulierte zentrale Bedeutung von CH₃⁺ in der interstellaren Chemie“, sagt Martin-Drumel. Während JWST seine Erforschung des Himmels fortsetzt, hofft das Team, dass ihr Ergebnis nur der Anfang einer neuen Welle ähnlicher Entdeckungen sein wird.

Die Forschung ist beschrieben in Natur.

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• Quelle: https://physicsworld.com/a/jwst-spots-ionized-molecule-that-could-be-involved-in-the-emergence-of-life/