Met behulp van de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) in Chili hebben onderzoekers van de Sterrewacht Leiden voor het eerst dimethylether gedetecteerd in een planeet-vormende schijf. Met negen atomen is dit het grootste molecuul dat tot nu toe in zo’n schijf is aangetroffen. Dimethylether is tevens een voorloper van grotere organische moleculen die kunnen leiden tot het ontstaan van leven.
‘Door deze resultaten kunnen we meer te weten komen over de oorsprong van het leven op onze planeet en daardoor een beter idee krijgen van het potentieel voor leven in andere planetenstelsels. Het is erg spannend om te zien hoe deze bevindingen in het grotere plaatje passen,’ zegt Nashanty Brunken, masterstudent aan de Sterrewacht Leiden (onderdeel van de Universiteit Leiden) en hoofdauteur van het onderzoek waarvan de resultaten vandaag in Astronomy & Astrophysics zijn gepubliceerd.
Dimethylether is een organisch molecuul dat vaak voorkomt in stervormingsgebieden, maar dat nog nooit eerder is aangetroffen in een planeet-vormende schijf. De onderzoekers hebben ook aanwijzingen gevonden voor de aanwezigheid van methylformiaat, een complex molecuul dat op dimethylether lijkt en tevens een bouwsteen is voor nog grotere organische moleculen. ‘Het is echt opwindend om eindelijk deze grotere moleculen in schijven te detecteren. Een tijd lang dachten we dat het misschien niet mogelijk was om ze waar te nemen,’ zegt co-auteur Alice Booth, eveneens onderzoeker aan de Sterrewacht Leiden. De moleculen werden ontdekt in de planeet-vormende schijf rond de jonge ster IRS 48 (ook bekend als Oph-IRS 48) met behulp van ALMA, een sterrenwacht die mede-eigendom is van de Europese Zuidelijke Sterrenwacht (ESO).
IRS 48, die zich op een afstand van 444 lichtjaar in het sterrenbeeld Ophiuchus (Slangendrager) bevindt, is het onderwerp geweest van talrijke studies, omdat zijn schijf een asymmetrische, cashewnoot-vormige ‘stofval’ bevat. Dit gebied, dat waarschijnlijk is gevormd door een pasgeboren planeet of een kleine stellaire begeleider die zich tussen de moederster en de stofval bevindt, bevat grote aantallen stofkorrels van millimeterformaat die kunnen samenklonteren tot objecten van kilometerformaat, zoals kometen, planetoïden en mogelijk zelfs planeten.
Vermoed wordt dat veel complexe organische moleculen, zoals dimethylether, ontstaan in stervormingsgebieden, nog voordat daarin sterren zijn geboren. In deze koude omgevingen hechten atomen en eenvoudige moleculen zoals koolstofmonoxide zich aan stofkorrels, waarop ze een ijslaagje vormen en chemische reacties ondergaan, die in de vorming van complexere moleculen resulteren. Onderzoekers hebben onlangs ontdekt dat de stofval in de schijf van IRS 48 tevens een ijsreservoir is, waar zich stofkorrels bevinden die bedekt zijn met ijs dat rijk is aan complexe moleculen. Het is in dit gebied van de schijf dat ALMA nu tekenen van het dimethylether-molecuul heeft waargenomen: onder invloed van de warmte van IRS 48 sublimeert het ijs tot gas, en komen de ingevangen moleculen die van koude wolken zijn ‘geërfd’ vrij en worden ze detecteerbaar.
‘Wat dit nog opwindender maakt, is dat we nu weten dat deze grotere complexe moleculen beschikbaar zijn als voeding voor planeten-in-wording in de schijf,’ legt Booth uit. ‘Dit was tot nu toe niet bekend, omdat deze moleculen doorgaans verscholen zitten in het ijs.’
De ontdekking van dimethylether suggereert dat ook veel andere complexe moleculen die gewoonlijk in stervormingsgebieden te vinden zijn zich in de ijzige structuren in planeet-vormende schijven kunnen verschuilen. Deze moleculen zijn de voorlopers van prebiotische moleculen zoals aminozuren en suikers, die tot de basisbouwstenen van het leven behoren.
Door hun vorming en evolutie te bestuderen, kunnen onderzoekers dus beter begrijpen hoe prebiotische moleculen op planeten zoals de onze terechtkomen. ‘We zijn ongelooflijk blij dat we nu de hele reis van deze complexe moleculen kunnen gaan volgen, van de wolken waarin zich sterren vormen, tot planeet-vormende schijven en kometen aan toe. Hopelijk kunnen we met meer waarnemingen een stap dichter bij het begrijpen van de oorsprong van prebiotische moleculen in ons eigen zonnestelsel komen,’ zegt Nienke van der Marel, onderzoeker aan de Sterrewacht Leiden die eveneens aan het onderzoek heeft meegewerkt.
Toekomstige onderzoeken van IRS 48 met ESO’s Extremely Large Telescope (ELT), die momenteel in Chili wordt gebouwd en later dit decennium in gebruik zal worden genomen, zullen het team in staat stellen de chemie van de binnenste regionen van de schijf te bestuderen, waar zich aarde-achtige planeten zouden kunnen vormen.
Bron: ESO
