JWST ziet een geïoniseerd molecuul dat betrokken zou kunnen zijn bij het ontstaan ​​van leven - Physics World

JWST ziet een geïoniseerd molecuul dat betrokken zou kunnen zijn bij het ontstaan ​​van leven - Physics World

Tijdstempel: 25 juli 2023 9:05 uur

Methylkationen in d203-506
Stervormingsgebied: afbeelding van het JWST's Mid-Infrared Instrument toont een klein gebied van de Orionnevel. In het midden van deze afbeelding staat d203-506, waar astronomen voor het eerst methylkationen hebben waargenomen in d203-506. (Met dank aan: ESA/Webb, NASA, CSA, M. Zamani (ESA/Webb) en het PDRs4All ERS-team)

Voor het eerst hebben astronomen de signatuur van methylkationen waargenomen in een planeetvormende schijf. Met behulp van de James Webb Space Telescope (JWST), een team onder leiding van Olivier Berne aan de Universiteit van Toulouse heeft aangetoond dat methylkationen - een belangrijke voorloper van complexe organische chemie - worden gevormd in de intense ultraviolette straling die wordt uitgezonden door massieve jonge sterren in de buurt.

In de jaren zeventig stelden astronomen voor het eerst voor dat het methylkationmolecuul (CH3+) zou een belangrijke trigger kunnen zijn voor complexe organische chemie in de ruimte - een proces dat uiteindelijk zou kunnen leiden tot het ontstaan ​​van leven. Bewijs van CH3+ in de ruimte zou kunnen wijzen op de aanwezigheid van grotere moleculen - maar tot nu toe heeft een combinatie van factoren ertoe geleid dat CH3+ buiten het zonnestelsel niet waargenomen.

De belangrijkste uitdaging voor degenen die het ion proberen te observeren, is dat CH3+ heeft geen permanent dipoolmoment waardoor het onzichtbaar is voor radiotelescopen. Als alternatief kan het ion worden geïdentificeerd aan de hand van de spectroscopische lijnen die het afdrukt op infraroodstraling. Deze golflengten worden echter sterk geabsorbeerd of verstrooid door de atmosfeer van de aarde, waardoor ze vanaf de grond praktisch onmogelijk te zien zijn.

Jonge rode dwerg

Vanuit zijn baan hoog boven de aarde heeft de JWST deze spectroscopische signatuur nu gedetecteerd in een systeem genaamd d203-506, dat 1350 lichtjaar verwijderd is in de Orion-nevel. Het systeem bestaat uit een jonge rode dwergster die wordt omringd door een planeetvormende schijf.

Omdat CH3+  was zo ongrijpbaar geweest dat het team van Berné moeite had om de handtekening te identificeren, maar het team identificeerde het uiteindelijk als de allereerste detectie van interstellaire CH3+. "Onze ontdekking is alleen mogelijk gemaakt doordat astronomen, modelbouwers en spectroscopisten in het laboratorium hun krachten hebben gebundeld om de unieke kenmerken te begrijpen die door James Webb zijn waargenomen", legt teamlid uit. Marie-Aline Martin-Drumel aan de Paris-Saclay Universiteit.

Het resultaat is vooral fascinerend omdat de Orionnevel vol staat met jonge, massieve sterren, die d203-506 baden in intense ultraviolette straling. Op basis van chemische kenmerken die in meteorieten zijn gevonden, geloven astronomen nu algemeen dat planetaire systemen zoals het zonnestelsel ooit werden gebombardeerd met vergelijkbare stralingsniveaus. Deze straling kan afkomstig zijn van massieve sterren, zoals de sterren die gevormd zijn uit dezelfde wolk van materiaal waaruit de zon is voortgekomen. Deze enorme sterren brandden vervolgens na slechts een paar miljoen jaar uit.

Destructieve straling

Hoewel intense ultraviolette straling destructief is voor complexe organische moleculen, suggereren deze nieuwste resultaten dat het de energie zou kunnen leveren die nodig is om methaan te ioniseren, waardoor de productie van CH3+. Een andere interessante bevinding was het gebrek aan water dat werd gedetecteerd in d203-506 - wat ook verband kan houden met hoge niveaus van ultraviolette straling.

"Dit laat duidelijk zien dat ultraviolette straling de chemie van een proto-planetaire schijf volledig kan veranderen", legt Berné uit. "Het zou zelfs een cruciale rol kunnen spelen in de vroege chemische stadia van het ontstaan ​​van leven door CH te helpen produceren3+ – iets dat misschien eerder werd onderschat.”

Door dit proces kunnen later complexere moleculen ontstaan, wanneer de massieve sterren zijn opgebrand. Op dit punt kunnen de ionen uiteindelijk aminozuren, nucleotiden en andere belangrijke moleculaire bouwstenen van het leven vormen.

Al met al is het resultaat een belangrijke mijlpaal in ons begrip van de chemie van opkomende sterrenstelsels. “Deze detectie van CH3+ valideert niet alleen de ongelooflijke gevoeligheid van [de JWST], maar bevestigt ook het gepostuleerde centrale belang van CH3+ in interstellaire chemie”, zegt Martin-Drumel. Terwijl JWST zijn verkenning van de lucht voortzet, hoopt het team dat hun resultaat slechts het begin zal zijn van een nieuwe golf van soortgelijke ontdekkingen.

Het onderzoek is beschreven in NATUUR.

Tijdstempel:

Meer van Natuurkunde wereld