Het is een vraag die ruimtewetenschappers al tientallen jaren bezighoudt: waar komen de complexe organische moleculen in de ruimte vandaan? James Webb licht een tipje van de sluier op: de ruimtetelescoop ontdekte dat ingrediënten voor mogelijk leefbare werelden al in een vroeg stadium van protosterren aanwezig zijn.
De ontdekking is niet uniek: decennia geleden al werd de voorspelling gedaan op basis van lab-experimenten dat er complexe organische moleculen in de vaste fase van protosterren voorkomen. Ook andere ruimtetelescopen hebben daarvoor al aanwijzingen gevonden. Zo ontdekte Webb’s Early Release Ice Age-programma diverse moleculen in vaste vorm in het koudste gedeelte van een moleculaire wolk. Onder de juiste omstandigheden kunnen belangrijke bouwstenen voor leven, zoals suikers en aminozuren ontstaan uit eenvoudige moleculen op ijzige stofdeeltjes. In een latere fase van de stervorming kunnen die dan op nieuwe planeten en hun atmosferen terechtkomen.
Een protoster is een ster in wording. Hij ontstaat op het moment dat de zwaartekracht gassen tot een bal begint samen te trekken. De zwaartekracht verwarmt de gassen, waardoor ze straling gaan uitzenden. Die ontsnapt in eerste instantie de ruimte in. Maar als de protoster materie gaat aantrekken en dichter wordt, komt de straling binnenin vast te zitten, waardoor de protoster steeds verder opwarmt. Uiteindelijk wordt die zo heet dat een proces van kernfusie op gang komt en een echte ster ontstaat.
MIRI
Nu zijn wetenschappers onder leiding van astronomen van de Universiteit Leiden een stap verder gegaan. Met behulp van het MIRI-instrument (midinfrarood) van James Webb hebben ze nog eens goed gekeken naar de gevonden complexe organische moleculen en geconcludeerd dat ze inderdaad aanwezig zijn in het ijs. Meer precies vonden ze in de vaste fase aceetaldehyde (ethanal), ethanol, methylformiaat en mogelijk azijnzuur. Complexe organische moleculen bestaan uit minimaal zes atomen waarvan minstens één koolstofatoom.
Complexe moleculen in ijs
Het is bijzonder dat er eindelijk een bevestiging is van het bestaan van deze moleculen in protosterren. Het leidt tot nieuwe inzichten met betrekking tot oude vragen. “Wat is de oorsprong van de complexe organische moleculen in de ruimte? Worden ze gemaakt in de gasfase of in ijs? De ontdekking van complexe organische moleculen in ijs suggereert dat chemische reacties in de vaste fase op het oppervlak van koude stofkorrels complexe soorten moleculen kunnen bouwen”, legt onderzoeksleider Will Rocha van de Sterrewacht Leiden in een persbericht uit.
Maar de ontdekking roept zeker zoveel vragen op als hij beantwoordt. Zo is de volgende stap om uit te zoeken in welke mate de complexe moleculen in latere stadia van de evolutie van een protoster naar planeten worden getransporteerd. Al bekend is dat moleculen in ijs efficiënter van A naar B reizen dan in gas. Zo kunnen deze ijzige organische moleculen terechtkomen op kometen en planetoïden elders in de ruimte.
Zwavel
Er bleken ook eenvoudigere moleculen te zijn gevormd in de protosterren, zoals methaan, zwaveldioxide, mierenzuur en formaldehyde. Met name zwaveldioxide trok de aandacht van de wetenschappers, omdat ze benieuwd waren naar het zogenoemde zwavelbudget in protosterren. Dat is interessant omdat zwavel cruciaal is voor het leven op aarde. Al het leven op aarde is namelijk opgebouwd uit zes scheikundige elementen, te weten zuurstof, waterstof, koolstof, stikstof, zwavel en fosfaat. Het menselijk lichaam is zelfs voor meer dan 97 procent uit deze elementen opgebouwd. Zwavel wordt gebruikt om twee van de essentiële aminozuren te maken waaruit eiwitten worden gevormd. Behalve al die moleculen werden er ook negatieve ionen gedetecteerd die onderdeel zijn van cruciale zouten. Mogelijk is de samenstelling van het ijs dus nog veel complexer dan gedacht.
Oerfase zonnestelsel
De ontdekking maakt de weg vrij om meer te weten te komen over het ontstaan van leven op aarde. In die zin was vooral de onderzochte protoster met een lage massa, IRAS 2A, erg interessant. Die vertoont mogelijk overeenkomsten met de oerfase van ons eigen zonnestelsel. De chemische stoffen in deze protoster waren namelijk waarschijnlijk ook al aanwezig in de eerste stadia van ons zonnestelsel en werden naar onze jonge planeet getransporteerd.
“Al deze moleculen kunnen deel gaan uitmaken van kometen en planetoïden en uiteindelijk van nieuwe planetenstelsels wanneer het ijzige materiaal naar binnen wordt getransporteerd naar de planeetvormende schijven,” aldus onderzoeker Ewine van Dishoeck. “We kijken ernaar uit om dit astrochemische spoor de komende jaren stap voor stap verder te volgen, met nieuwe Webb-gegevens.”
