Hogyan vándorol az élethez szükséges foszfor a világűrben?

3995

Az emberi DNS-ben és a sejtmembránokban is megtalálható foszfor alapvető fontosságú alkotóeleme az élet általunk ismert formájának. De egyelőre még rejtély, hogy miként jutott el a Földre. Most azonban csillagászok egy csoportjának az ALMA antennarendszer és az Európai Űrügynökség Rosetta űrszondájának adatai alapján sikerült feltérképezni vándorlását a csillagkeletkezési területektől egészen az üstökösökig. Kutatásuk elsőként mutatta meg, hogy hol keletkeznek a foszfort tartalmazó molekulák, hogyan került ez az elem az üstökösökbe, és miként játszhatott bolygónkon meghatározó szerepet az élet keletkezésében egy különleges molekula.

„Az élet körülbelül 4 milliárd évvel ezelőtt jelent meg a Földön, azt azonban még mindig nem tudjuk, hogy milyen folyamat tette ezt lehetővé” – kezdi Víctor Rivilla, a Monthly Notices of the Royal Astronomical Society c. szaklapban megjelent tanulmány vezető szerzője. Az Európai Déli Csillagvizsgáló (ESO) részvételével működtetett ALMA (Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array) antennarendszer és a Rosetta ROSINA nevű fedélzeti műszerének adatain alapuló új eredmények azt mutatják, hogy a foszfor-monoxid kulcsdarab az élet eredetének kirakós játékában.

Az ALMA képességeit kihasználva a csillagászok részletes képet alkothattak az AFGL 5142 jelű csillagkeletkezési területről, kimutatva, hogy hol jönnek létre a foszfort tartalmazó molekulák, például a foszfor-monoxid. Az új csillagok és bolygórendszerek a csillagok közötti gáz- és porfelhőkben alakulnak ki, így az élet építőkövei utáni kutatásokat érdemes ezekben a csillagközi felhőkben kezdeni.

Az ALMA észlelései azt mutatják, hogy a foszfort tartalmazó molekulák a nagy tömegű csillagok keletkezésével párhuzamosan jönnek létre. A fiatal nagy tömegű csillagokból induló gázáramok üregeket hasítanak az csillagközi felhőkbe. A foszfort is tartalmazó molekulák az üregek falán állnak össze, a fiatal csillag lökéshullámainak és sugárzásának együttes hatására. A csillagászok azt is kimutatták, hogy az üregek falában a foszfor-monoxid a leggyakoribb foszfortartalmú molekula.

Az ALMA által rögzített felvétel az AFGL 5142 csillagkeletkezési terület részletes képét mutatja. Középen egy fényes, nagy tömegű, nagyon fiatal csillag látható. A csillagból induló gázáramok egy üreget hasítottak a környezetbe, a foszfort tartalmazó molekulák, mint például a foszfor-monoxid pedig ennek az üregnek a (színesben ábrázolt) falain jönnek létre. A különböző színek más-más sebességgel mozgó anyagot jelölnek. (ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Rivilla et al.)

Miután a molekulát keresve az ALMA-val átvizsgálta a csillagkeletkezési területeket, az európai csoport figyelme egy naprendszerbeli égitestre összpontosult, az utóbbi időben híressé vált 67P/Churyumov–Gerasimenko üstökösre. A cél az volt, hogy ebben is azonosítsanak foszfortartalmú összetevőket. Amikor az üregfalak kollapszusával létrejön egy csillag, főleg ha az a Naphoz hasonlóan kisebb tömegű, a foszfor-monoxid kifagyhat és csapdába eshet az új csillag körüli jeges porszemcsékben. Még a csillag teljes kialakulása előtt ezek a porszemcsék kavicsokká, kövekké, és végül üstökösökké állnak össze, amelyek aztán elszállítják a foszfor-monoxidot.

A ROSINA (Rosetta Orbiter Spectrometer for Ion and Neutral Analysis) műszer két éven át gyűjtött adatokat a 67P-ről, miközben a Rosetta az üstökös körül keringett. A csillagászok már korábban is láttak foszforra utaló nyomokat a ROSINA adataiban, de nem tudták megállapítani, hogy milyen molekula hordozza az elemet. Kathrin Altwegg, a ROSINA vezető kutatója, egyben az új tanulmány egyik szerzője egy konferencián kapott ötletet arra nézve, hogy mi lehet ez a molekula, mégpedig egy, az ALMA-val csillagkeletkezési területeket vizsgáló csillagásztól: „Azt mondta, a foszfor-monoxid a legvalószínűbb jelölt, így újra megnéztem az adatainkat, és tényleg igaza volt!”

A 67P/Churyumov–Gerasimenko üstökös mozaikképe, amelyet a 2014. szeptember 10-én rögzített felvételekből állítottak össze, amikor az ESA Rosetta űrszondája 27,8 km-re volt az üstököstől. (ESA/Rosetta/NAVCAM)

A foszfor-monoxid üstökösben történt első detektálása hozzásegíti a csillagászokat, hogy felvázolják a kapcsolatot a csillagkeletkezési területek – ahol a molekula létrejött – és a Föld között.

„Az ALMA és a ROSINA adatainak kombinálása egyfajta, a csillagkeletkezési folyamat egészét átható kémiai láncolatot fedett fel, amelyben a foszfor-monoxid kulcsfontosságú szerepet játszik” – egészíti ki Rivilla, aki jelenleg az Arcetri Obszervatórium (Osservatorio Astrofisico di Arcetri, L’Istituto Nazionale di Astrofisica, INAF) kutatója.

„A foszfor az élet általunk ismert formájának lényeges összetevője” – teszi hozzá Altwegg. „Az üstökösök minden valószínűség szerint nagy mennyiségű szerves anyagot szállítottak a Földre, és a 67P-ben azonosított foszfor-monoxid megerősítheti az üstökösök és a földi élet közötti kapcsolatot.”

Az infografika az élet egyik építőeleme, a foszfor csillagközi vándorlását vizsgáló tanulmány fő eredményeit szemlélteti. Az ALMA adatai alapján a csillagászok meg tudták határozni, hogy az AFGL 5142 jelűhöz hasonló csillagkeletkezési régiókban hol jönnek létre foszfort tartalmazó molekulák. Az infografika háttere az éjszakai égboltnak a Szekeres csillagképbe eső azon részét mutatja, ahol az AFGL 5142 is található. Az objektumról az ALMA-val készített kép az infografika bal felső részén látható, és kör jelöli azt a helyet, ahol a kutatócsoport foszfort tartalmazó molekulákat talált. Az AFGL 5142-ben a leggyakoribb ilyen molekula a foszfor-monoxid, amelyet narancssárga és vörös színek jelölnek a diagram bal alsó sarkában. Egy másik, szintén azonosított molekula a foszfor-nitrid, amelyet narancssárga és kék szín jelöl. Az ESA Rosetta űrszondája ROSINA fedélzeti műszerének adatait felhasználva a kutatók a jobb alsó sarokban látható 67P/Churyumov–Gerasimenko üstökösben is találtak foszfor-monoxidot. A foszfor-monoxid üstökösben történt első detektálása hozzásegíti a csillagászokat, hogy felvázolják a kapcsolatot a csillagkeletkezési területek – ahol a molekula létrejött – és a Föld között, ahol az alapvető szerepet játszott az élet keletkezésében. (ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Rivilla et al.; ESO/L. Calçada; ESA/Rosetta/NAVCAM; Mario Weigand, www.SkyTrip.de)

Ennek a rendkívül érdekes kapcsolatnak a felderítése a csillagászok közös erőfeszítésének eredménye. „A foszfor-monoxid detektálása egyértelműen a földi távcsövek és az űreszközök közötti interdiszciplináris együttműködésnek köszönhető” – erősíti meg Altwegg.

Leonardo Testi, az ESO csillagásza és az ALMA európai üzemeltetési vezetője ekként összegez: “Kozmikus gyökereink feltárása, beleértve annak kiderítését, hogy az élet megjelenéséhez szükséges kémiai feltételek mennyire gyakoriak, a modern asztrofizika egyik vezető témája. Az ESO és az ALMA a távoli fiatal bolygórendszerekben található molekulák észlelésére összpontosít, a Naprendszer kémiai leltárának közvetlen összeállítását pedig az ESA küldetései, például a Rosetta teszik lehetővé. Az ESO és az ESA együttműködésének eredményeként a vezető földi bázisú és űrbeli eszközök közötti szinergia egyedülálló lehetőségeket biztosít az európai kutatóknak a cikkben bemutatotthoz hasonló felfedezések elérésére.”

A kutatás eredményeit részletező cikk a Monthly Notices of the Royal Astronomical Society c. szaklapban jelent meg.

Forrás:

Hozzászólás

hozzászólás