Az eddigi legnagyobb molekulát fedezték fel egy bolygókeletkezési korongban

7386

A chilei ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) antennarendszerrel a Leideni Obszervatórium (Hollandia) kutatógárdája először detektált dimetil-étert egy bolygókeletkezési korongban. Kilenc atomjával ez az eddigi legnagyobb molekula, amelyet ilyen korongban azonosítottak. Egyúttal előfutára még nagyobb szerves molekuláknak, amelyek akár az élet megjelenéséhez is vezethetnek majd.

„Az eredmény segít az élet bolygónkon történt megjelenésének alaposabb megértésében, ezzel pedig jobb kiindulási alapot teremt más bolygórendszerek hasonló folyamatainak vizsgálatához. Rendkívül izgalmas látni, hogy ezek a felfedezések hogyan rajzolnak ki egy nagyobb képet” – összegez Nashanty Brunken, a Leideni Egyetem hallgatója, az Astronomy & Astrophysics c. folyóiratban megjelent tanulmány vezető szerzője.

A dimetil-éter szerves molekula, amelyet gyakran detektálnak csillagkeletkezési régiókban, de eddig még nem azonosították bolygókeletkezési korongban. A kutatók a dimetil-éterhez hasonló másik szerves molekula, a metil-formiát nyomára is rábukkantak, amely szintén még nagyobb szerves molekulák építőeleme.

„Valóban nagyon izgalmas, hogy végre sikerült detektálni ezeket a nagyobb molekulákat is a bolygókeletkezési korongokban. Sokáig azt gondoltuk, hogy ez talán nem is lehetséges” – teszi hozzá a cikk egyik társszerzője, Alice Booth, aki szintén a Leideni Obszervatórium kutatója.

Az ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) antennarendszerrel rögzített és feliratozott kép az Oph-IRS 48 körüli korongban található porcsapdát mutatja. Ez biztonságos menedéket nyújt a kicsiny porszemcséknek, amelyek összetapadva növekedhetnek, és így túlélhetik a mostoha körülményeket. A zöld terület a porcsapda, ahol a nagyobb részecskék gyűltek össze. A bal felső sarokban méretskálaként a Neptunusz pályája látható.
(ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/Nienke van der Marel)

A molekulákat az IRS 48 (vagy Oph-IRS 48) katalógusjelű fiatal csillag körüli bolygókeletkezési korongban találták az Európai Déli Obszervatórium résztulajdonában álló ALMA antennarendszerrel. Az Ophiuchus (Kígyótartó) csillagkép irányában megfigyelhető, 444 fényév távolságban lévő IRS 48 már eddig is számos vizsgálat célpontja volt, mivel a korongjában van egy aszimmetrikus, kesudió alakú „porfogó”. A valószínűleg egy éppen megszületett bolygó, vagy a gazdacsillag és közte elhelyezkedő kis kísérőcsillag hatására kialakult régió nagy mennyiségben raktároz milliméteres porszemcséket, amelyek nagyobb, kilométeres objektumokká, üstökösökké, kisbolygókká, esetleg akár bolygókká állhatnak majd össze.

Az IRS 48 (vagy Oph-IRS 48) jelű csillag körüli bolygókeletkezési korong művészi ábrázolása. A korong déli részén látható egy kesudió alakú régió, milliméteres porrészecskék raktára, amelyek kilométeres objektumokká, üstökösökké, kisbolygókká, potenciálisan pedig bolygókká állhatnak össze. Az ALMA antennarendszerrel végzett legújabb megfigyelések több összetett szerves molekula nyomát mutatták ki ezen a területen, például a dimetil-éterét, a legnagyobb molekuláét, amelyet eddig bolygókeletkezési korongban detektáltak. A molekula jelenlétére utaló emissziós jel (a képen kék szín jelöli a valódi észlelést) egyértelműen erősebb a korong porcsapdájában. A molekula modellje szintén látható a képen.
(ESO/L. Calçada, ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/A. Pohl, van der Marel et al., Brunken et al.)

A legtöbb szerves molekuláról, köztük a dimetil-éterről is azt gondoljuk, hogy csillagkeletkezési területek felhőiben állnak össze, még mielőtt maguk a csillagok megszületnének. Az alacsony hőmérsékletű környezetben az atomok és az egyszerű molekulák – mint például a szén-monoxid –, porrészecskékre tapadnak, és azokon jégréteget létrehozva kémiai reakciókba lépnek, amelyek eredményeként összetettebb molekulák keletkeznek. Az IRS 48 korongjának porcsapdájáról is nemrég mutatták ki, hogy szintén jégraktár, amelyben a porrészecskéket összetett molekulákban gazdag jégréteg fedi. Most az ALMA is a korong ezen részében bukkant a dimetil-éter nyomára: az IRS 48 sugárzásának hatására a jég szublimál, így a hideg felhőből örökölt, a jég csapdájában rekedt molekulák kiszabadulnak, és detektálhatóvá válnak.

Az ALMA antennarendszerrel rögzített képek azt mutatják, hogy a különböző molekulák az IRS 48 körüli korong melyik részében találhatók. A legújabb megfigyelések több összetett szerves molekula, például a formaldehid (H2CO, narancs), a metanol (CH3OH, zöld) és a dimetil-éter (CH3OCH3, kék) nyomát mutatták ki ezen a területen, utóbbi a legnagyobb molekula, amelyet eddig bolygókeletkezési korongban detektáltak. A molekula jelenlétére utaló emissziós jel egyértelműen erősebb a korong porcsapdájában, míg a szén-monoxid (CO, bíbor) az egész korongban jelen van. A központi csillag pozícióját mind a négy képen csillag jelöli. A porcsapda mérete nagyjából ugyanakkora, mint a kép bal alsó sarkában látható metanolemisszióé.
(ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/A. Pohl, van der Marel et al., Brunken et al.)

„Az egészet az teszi különösen izgalmassá, hogy most már tudjuk, ezek a nagyobb szerves molekulák a bolygók keletkezésének alapanyagai lehetnek a korongban” – magyarázza Booth. „Erről eddig nem volt információnk, mivel a molekulák jégbe fagyva rejtőzködtek.”

A dimetil-éter detektálása azt jelzi, hogy a csillagkeletkezési régiókban gyakran megfigyelt sok más összetett molekula is jégpáncél alatt húzódhat meg a bolygókeletkezési korongokban. Ezek a molekulák előfutárai az élet alapvető építőelemeinek számító ún. prebiotikus molekuláknak, mint például az aminosavak vagy a cukrok.

Az előző négy kép egyetlen képpé “gyúrva”
(ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/A. Pohl, van der Marel et al., Brunken et al.)

Keletkezésük és fejlődésük tanulmányozása segítheti a kutatókat annak jobb megértésében, hogy a prebiotikus molekulák végül mivé alakulnak a bolygókon, beleértve a sajátunkat is. „Hihetetlenül elégedettek vagyunk, hogy mostantól ezeknek az összetett molekuláknak a teljes útját követhetjük a csillagokat létrehozó felhőktől kezdve a bolygókeletkezési korongokon át az üstökösökig. Reméljük, hogy további észlelésekkel még közelebb jutunk a prebiotikus molekulák naprendszerbeli eredetének megértéséhez is” – lelkesedik a kutatás egy másik résztvevője, Nienke van der Marel, aki szintén a Leideni Obszervatórium munkatársa.

A Chilében jelenleg épülő, a tervek szerint az évtized vége felé munkába álló ESO Rendkívül Nagy Távcső (ELT) lehetővé teszi majd, hogy a kutatócsoport tanulmányozza az IRS 48 korongja legbelső részének kémiáját is, ahol talán éppen a Földhöz hasonló bolygók formálódnak.

Az eredményeket bemutató szakcikk „A major asymmetric ice trap in a planet-forming disk: III. First detection of dimethyl ether” címmel az Astronomy and Astrophysics folyóiratban jelent meg (doi: 10.1051/0004-6361/202142981).

A publikáció éppen a nemzetközi nőnapon jelent meg, ezzel kapcsolatos érdekessége, hogy hat szerzőjének mindegyike nő.

Forrás: eso2205hu ‒ Tudományos közlemények

Hozzászólás

hozzászólás