Mit dem Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) in Chile haben Forscher des Leiden Observatory in den Niederlanden zum ersten Mal Dimethylether in einer planetenbildenden Scheibe nachgewiesen. Mit neun Atomen ist dies das größte bisher in einer solchen Scheibe identifizierte Molekül. Es ist auch ein Vorläufer größerer organischer Moleküle, die zur Entstehung von Leben führen können.
„Aus diesen Ergebnissen können wir mehr über die Entstehung des Lebens auf unserem Planeten erfahren und bekommen so eine bessere Vorstellung vom Potenzial für Leben in anderen Planetensystemen. Es ist sehr spannend zu sehen, wie sich diese Erkenntnisse in das Gesamtbild einfügen“, sagt sie Nashanty Brunken, Masterstudentin am Leiden Observatory, Teil der Universität Leiden, und Hauptautorin der heute veröffentlichten Studie Astronomie & Astrophysik.
Dimethylether ist ein organisches Molekül, das häufig in Sternentstehungswolken vorkommt, aber noch nie zuvor in einer Planeten-bildenden Scheibe gefunden wurde. Die Forscher machten auch einen vorläufigen Nachweis von Methylformiat, einem komplexen Molekül ähnlich dem Dimethylether, das auch ein Baustein für noch größere organische Moleküle ist.
„Es ist wirklich aufregend, diese größeren Moleküle endlich in Scheiben nachzuweisen. Eine Zeit lang dachten wir, es sei vielleicht nicht möglich, sie zu beobachten“, sagt Co-Autorin Alice Booth, ebenfalls Forscherin am Leiden Observatory.
Die Moleküle wurden in der planetenbildenden Scheibe um den jungen Stern IRS 48 (auch bekannt als Oph-IRS 48) mit Hilfe von ALMA, einem Observatorium im Miteigentum der Europäischen Südsternwarte (ESO), gefunden. IRS 48, 444 Lichtjahre entfernt im Sternbild Ophiuchus, war Gegenstand zahlreicher Studien, da seine Scheibe eine asymmetrische, cashewnussförmige „Staubfalle“ enthält. Diese Region, die wahrscheinlich als Ergebnis eines neugeborenen Planeten oder eines kleinen Begleitsterns entstanden ist, der sich zwischen dem Stern und der Staubfalle befindet, enthält eine große Anzahl von millimetergroßen Staubkörnern, die zusammenkommen und zu kilometergroßen Objekten wie Kometen wachsen können. Asteroiden und möglicherweise sogar Planeten.
Diese künstlerische Darstellung zeigt die planetenbildende Scheibe um den Stern IRS 48, auch bekannt als Oph-IRS 48. Diese Scheibe umfasst eine Region in ihrem südlichen Teil, die millimetergroße Staubkörner einfängt, die zusammenkommen und zu kilometergroßen Objekten wachsen können wie Kometen, Asteroiden und möglicherweise sogar Planeten. Diese „Staubfalle“ ist auch ein Eisreservoir, mit Eisschichten, die reich an komplexen Molekülen sind und sich um die Staubkörner sammeln. Die Erwärmung durch den IRS 48-Stern kann das Eis zu Gas sublimieren, wodurch die eingeschlossenen Moleküle freigesetzt und nachweisbar gemacht werden. Die Animation am Ende zeigt zwei der im IRS 48-System entdeckten Moleküle: Methanol und Dimethylether, wobei letzteres die größten Moleküle sind, die bisher in einer planetenbildenden Scheibe identifiziert wurden. Bildnachweis: ESO/L. Calçada
Es wird angenommen, dass viele komplexe organische Moleküle wie Dimethylether in Sternentstehungswolken entstehen, noch bevor die Sterne selbst geboren werden. In diesen kalten Umgebungen haften Atome und einfache Moleküle wie Kohlenmonoxid an Staubkörnern, bilden eine Eisschicht und durchlaufen chemische Reaktionen, die zu komplexeren Molekülen führen. Forscher kürzlich entdeckt dass die Staubfalle in der IRS 48-Scheibe auch ein Eisreservoir ist, das Staubkörner beherbergt, die mit diesem Eis bedeckt sind, das reich an komplexen Molekülen ist. In dieser Region der Scheibe hat ALMA jetzt Anzeichen des Dimethylether-Moleküls entdeckt: Während die Erwärmung von IRS 48 das Eis zu Gas sublimiert, werden die von den kalten Wolken geerbten Moleküle freigesetzt und werden nachweisbar.
„Was die Sache noch aufregender macht, ist, dass wir jetzt wissen, dass diese größeren komplexen Moleküle verfügbar sind, um Planeten in der Scheibe zu bilden“, erklärt Booth. „Das war vorher nicht bekannt, da diese Moleküle in den meisten Systemen im Eis verborgen sind.“
Die Entdeckung von Dimethylether deutet darauf hin, dass viele andere komplexe Moleküle, die häufig in Sternentstehungsregionen nachgewiesen werden, möglicherweise auch auf Eisstrukturen in planetenbildenden Scheiben lauern. Diese Moleküle sind die Vorläufer präbiotischer Moleküle wie Aminosäuren und Zucker, die zu den Grundbausteinen des Lebens gehören.
Durch die Untersuchung ihrer Bildung und Entwicklung können Forscher daher besser verstehen, wie präbiotische Moleküle auf Planeten, einschließlich unseres eigenen, gelangen. „Wir freuen uns sehr, dass wir jetzt damit beginnen können, die gesamte Reise dieser komplexen Moleküle von den Wolken, die Sterne bilden, zu planetenbildenden Scheiben und zu Kometen zu verfolgen. Hoffentlich können wir mit mehr Beobachtungen dem Verständnis des Ursprungs einen Schritt näher kommen.“ von präbiotischen Molekülen in unserem eigenen Sonnensystem“, sagt Nienke van der Marel, eine Forscherin des Leiden Observatory, die ebenfalls an der Studie teilgenommen hat.
Dieses Video vergrößert das System Oph-IRS 48, einen Stern, der von einer planetenbildenden Scheibe umgeben ist, die eine Staubfalle enthält. Diese Falle lässt Staubpartikel wachsen und größere Körper hervorbringen. Bildnachweis: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/Nick Risinger (skysurvey.org)/Digitalized Sky Survey 2/S. Guisard (www.eso.org/~sguisard). Musik: movetwo
Zukünftige Studien von IRS 48 mit dem Extremely Large Telescope (ELT) der ESO, das sich derzeit in Chile im Bau befindet und noch in diesem Jahrzehnt in Betrieb gehen soll, werden es dem Team ermöglichen, die Chemie der sehr inneren Regionen der Scheibe zu untersuchen, wo Planeten wie die Erde sein könnten bilden.
Diese Forschung wurde in dem Artikel „A major asymmetric ice trap in a planet-forming disk: III. First detection of dimethyl ether“ vorgestellt, der in erscheinen soll Astronomie und Astrophysik.
NGC Brunken et al., Eine große asymmetrische Eisfalle in einer planetenbildenden Scheibe. III. Erster Nachweis von Dimethylether, Astronomie & Astrophysik (2022). DOI: 10.1051/0004-6361/202142981