W bardzo młodym systemie gwiazdowym odkryto złożone molekuły organiczne

Artystyczna wizja dysku protoplanetarnego wokół młodej gwiazdy MWC 480.
B. Saxton (NRAO/AUI/NSF)

Po raz pierwszy astronomowie wykryli obecność złożonych cząsteczek organicznych – cegiełek budujących życie – w dysku protoplanetarnym otaczającym młodą gwiazdę. Odkrycie, dokonane za pomocą Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), potwierdza, że warunki, z których wyłoniła się Ziemia i Słońce, nie są unikalne we Wszechświecie. Wyniki zostały opublikowane w wydaniu czasopisma „Nature” z 9 kwietnia 2015 r.

Nowe obserwacje z ALMA pokazały, że dysk protoplanetarny otaczający młodą gwiazdę MWC 480 [1] zawiera wielkie ilości cyjanku metylu (acetonitrylu, CH3CN), złożonej cząsteczki opartej na węglu. Jest go tam wystarczająco dużo do wypełnienia wszystkich ziemskich oceanów.

Zarówno wspomniana cząsteczka, jak i jej prostsza kuzynka, cyjanowodoru (HCN), zostały znalezione w zimnych, zewnętrznych obszarach nowo uformowanego dysku gwiazdy, w rejonie, który astronomowie uważają za odpowiednik pasa Kuipera – królestwa lodowych planetozymali i komet poza orbitą Neptuna w naszym Układzie Słonecznym.

Komety zachowują niezaburzone ślady wczesnej chemii Układu Słonecznego, z okresu powstawania planet. Komety i planetoidy z zewnętrznych obszarów Układu Słonecznego uważane są za dostarczycielki wody i cząsteczek organicznych dla młodej Ziemi, pomagając w wytworzeniu warunków do rozwoju pierwotnego życia.

„Badania komet i planetoid pokazują, że mgławica słoneczna, z której powstało Słońce i planety, była bogata w wodę i złożone składniki organiczne” zauważyła Karin Öberg, astronom z Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics in Cambridge, Massachusetts, USA, główny autor nowej publikacji.

„Teraz mamy jeszcze lepszy dowód na to, że taka sama chemia istnieje w innych miejscach we Wszechświecie w obszarach, w których mogą powstawać systemy słoneczne nie różniące się od naszego.” Jest to szczególnie interesujące, wskazuje Öberg, ponieważ molekuły znalezione w MWC 480 odnajdywano także w podobnych koncentracjach w kometach w Układzie Słonecznym.

Gwiazda MWC 480, która jest około dwukrotnie masywniejsza niż Słońce, znajduje się 455 lat świetlnych od nas w obszarze gwiazdotwórczym w Byku. Otaczający ją dysk jest w bardzo wczesnej fazie rozwoju – niedawno wytworzył się z zimnej, ciemnej mgławicy gazu i pyłu. Badania za pomocą ALMA i innych teleskopów nie wykryły na razie żadnych widocznych oznak powstawania planet w dysku, ale obserwacje w wyższej rozdzielczości mogą ukazać struktury podobne do występujących w układzie HL Tauri, który ma podobny wiek.

Od jakiegoś czasu astronomowie wiedzą, że zimne, ciemne obłoki międzygwiazdowe są bardzo efektywnymi fabrykami złożonych cząsteczek organicznych – w tym grup cząsteczek znanych jako cyjanidy. Cyjanidy, a w szczególności cyjanid metylu, są ważne, ponieważ zawierają związania węglowo-azotowe, niezmiernie istotne dla powstawania aminokwasów, podstawy dla białek, które są cegiełkami życia.

Do tej pory pozostawało jednak niejasne, czy takie same złożone cząsteczki organiczne formują się powszechnie i potrafią przetrwać w energetycznym środowisku nowo powstającego układu słonecznego, w którym fale uderzeniowe i promieniowanie mogą łatwo niszczyć wiązania chemiczne.

Dzięki wykorzystaniu niezwykłej czułości ALMA [2] astronomowie mogli dostrzec, że cząsteczki te nie tylko przetrwały, ale się rozwijają.

Co istotne, molekuły wykryte przez ALMA występują w znacznie większych ilościach niż w obłokach międzygwiazdowych. Fakt ten mówi astronomom, że dyski protoplanetarne są bardzo efektywne w formowaniu złożonych molekuł organicznych i że są w stanie wytworzyć je we względnie krótkich skalach czasowych [3].

Ponieważ badany system nadal ewoluuje, astronomowie przypuszczają, że prawdopodobnie molekuły organiczne zostaną bezpiecznie przechowane w kometach i innych lodowych ciałach, które dostarczą je do rejonów sprzyjających pielęgnowaniu życia.

„Z badań egzoplanet wiemy, że Układ Słoneczny nie jest jedyny ze swoją liczbą planet, czy z obfitością wody” podsumowuje Öberg. „Teraz wiemy także, że nie jesteśmy jedyni w kwestii chemii organicznej. Po raz kolejny dowiedzieliśmy się, że nie jesteśmy specjalni. Z punktu widzenia życia we Wszechświecie jest to wspaniała wiadomość.”

Uwagi

[1] Gwiazda ta ma zaledwie około jednego miliona lat. Dla porównania, Słońce liczy sobie ponad cztery miliardy lat. Nazwa MWC 480 odnosi się do katalogu “Mount Wilson Catalog of B and A stars with bright hydrogen lines in their spectra”.

[2] ALMA jest w stanie wykryć słabe promieniowanie na falach milimetrowych, które jest w sposób naturalny emitowane przez cząsteczki w przestrzeni kosmicznej. W przypadku najnowszych obserwacji astronomowie wykorzystali jedynie część z 66 anten ALMA, gdy teleskop pracował w swojej konfiguracji o niskiej rozdzielczości. Dalsze badania tego typu dysków protoplanetarnych przy użyciu pełnej mocy ALMA ujawni dodatkowe szczegóły na temat chemicznej i strukturalnej ewolucji gwiazd i planet.

[3] Takie gwałtowne powstawanie jest kluczowe dla przezwyciężenie sił, które spowodowałyby rozerwanie molekuł. Dodatkowo, cząsteczki te zostały wykryte w stosunkowo spokojnej części dysku, około 4,5 do 15 miliardów kilometrów od gwiazdy centralnej. Chociaż to daleko jak na standardy Układu Słonecznego, w przeskalowanych wymiarach MWC 480 wypada to dokładnie w strefie powstawania komet.

Więcej informacji

Wyniki badań przedstawiono w artykule pt. “The Cometary Composition of a Protoplanetary Disk as Revealed by Complex Cyanides”, K.I. Öberg et al., który ukaże się w czasopiśmie “Nature” w wydaniu z 9 kwietnia 2015 r.

Skład zespołu badawczego: Karin I. Öberg (Harvard-Smithsonian Centre for Astrophysics, Cambridge, Massachusetts, USA), Viviana V. Guzmán (Harvard-Smithsonian Centre for Astrophysics), Kenji Furuya (Leiden Observatory, Leiden University, Lejda, Holandia), Chunhua Qi (Harvard-Smithsonian Centre for Astrophysics), Yuri Aikawa (Kobe University, Kobe, Japonia), Sean M. Andrews (Harvard-Smithsonian Centre for Astrophysics), Ryan Loomis (Harvard-Smithsonian Centre for Astrophysics) oraz  David J. Wilner (Harvard-Smithsonian Centre for Astrophysics).

Źródło: ESO | Tłumaczenie: Krzysztof Czart

Liczba odsłon: 1236