Nach allgemein anerkannten Theorien bildete sich das Sonnensystem vor etwa 4,6 Milliarden Jahren aus einer massiven Staub- und Gaswolke (auch bekannt als Nebular Theory). Dieser Prozess begann, als der Nebel in der Mitte, die zu unserer Sonne wurde, einen Gravitationskollaps erlebte. Der verbleibende Staub und das Gas bildeten eine protoplanetare Scheibe, die sich (im Laufe der Zeit) zur Bildung der Planeten ansammelte.
Wissenschaftler sind sich jedoch nicht sicher, wann organische Moleküle zum ersten Mal in unserem Sonnensystem aufgetaucht sind. Glücklicherweise kann eine neue Studie eines internationalen Teams von Astronomen helfen, diese Frage zu beantworten. Mit dem Atacama Large Millimeter-Submillimeter Array (ALMA) entdeckte das Team komplexe organische Moleküle um den jungen Stern V883 Ori, die eines Tages zur Entstehung von Leben in diesem System führen könnten.
Die Studie, die ihre Ergebnisse beschreibt, erschien kürzlich in der Fachzeitschrift Naturastronomie. Wie sie in ihrer Studie angedeutet haben, verwendete das Team ALMA-Daten, um das Vorhandensein komplexer organischer Moleküle (COMs) um V883 Ori zu erkennen - einen jungen Stern, der sich etwa 1300 Lichtjahre von der Erde entfernt befindet und von einer protoplanetaren Scheibe umgeben ist.
Möglich wurden diese Beobachtungen durch einen plötzlichen Anstieg der Leuchtkraft des Sterns, der auf einen platzenden Materialstrom zurückzuführen war, der von der Scheibe zum Stern floss (was als Ausbruch vom Typ FU Orionis bekannt ist). Dieser Ausbruch erhitzte die protoplanetare Scheibe und führte dazu, dass eisige Partikel schmolzen und die Grenze der „Frostlinie“ des Sterns erheblich nach außen drückte.
Eine Frostlinie (auch bekannt als „Schneegrenze“) ist die Region um einen Stern, in der die Temperaturen so niedrig werden, dass flüchtige Elemente (Wasser, Kohlendioxid, Methan, Ammoniak usw.) unter Bildung von Eis sublimieren. Um normale junge Sterne herum betragen die Radien der Frostlinien etwa einige astronomische Einheiten (AU), können sich jedoch um platzende Sterne um den Faktor 10 vergrößern.
Als der V883 Ori seinen Ausbruch erlebte, verursachte er, dass eisige Partikel in der protoplanetaren Scheibe des Systems sublimierten und die Freisetzung von COMs auslösten. Dazu gehörte Methanol (CH3OH), Aceton (CH3COCH3), Acetaldehyd (CH3CHO), Methylformiat (CH3OCHO) und Acetonitril (CH3CN) - Moleküle, die wie bei anderen COMs mit der Bildung von Leben in Planetensystemen zusammenhängen könnten.
Wie Jeong-Eun Lee, Astronom an der School of Space Research der Kyung Hee University und Hauptautor des Papiers, in einer ALMA-Pressemitteilung erklärte:
„Mit aktuellen Teleskopen ist es schwierig, eine Festplatte im Maßstab einiger AU abzubilden. Um einen Ausbruchstern herum schmilzt Eis jedoch in einem größeren Bereich der Scheibe und es ist einfacher, die Verteilung der Moleküle zu erkennen. Wir sind an der Verteilung komplexer organischer Moleküle als Bausteine des Lebens interessiert. “
Das Aufflammen des Sterns sowie die empfindlichen Bildgebungsfunktionen von ALMA ermöglichten es dem Forschungsteam auch, die räumliche Verteilung der beobachteten COMs zu ermitteln. Basierend auf ihrer Analyse kam das Team zu dem Schluss, dass die von ihnen entdeckten Moleküle eine ringförmige Struktur mit einem Radius von etwa 60 AE um V883 Ori hatten.
Besonders interessant war die Tatsache, dass die chemische Zusammensetzung der V883 Ori-Scheibe der von Kometen im modernen Sonnensystem ähnelt. Kometen stehen im Mittelpunkt erheblicher Forschungsaufmerksamkeit, da angenommen wird, dass sie in den frühen Tagen des Sonnensystems eine Rolle bei der Ausbreitung von Wasser und organischen Molekülen gespielt haben.
Es wird angenommen, dass sich diese Kometen im äußeren Bereich des Sonnensystems (der heutigen Oort-Wolke) gebildet haben, wo organische Moleküle im Eis enthalten waren. Aus diesem Grund steht die Erforschung der chemischen Zusammensetzung protoplanetarer Scheiben in direktem Zusammenhang mit der Erforschung der Zusammensetzung von Kometen und der Ursprünge des Lebens auf der Erde.
Wie Yuri Aikawa, ein Mitglied des Forschungsteams der Universität Tokio, erklärte:
„Da felsige und eisige Planeten aus festem Material bestehen, ist die chemische Zusammensetzung von Feststoffen in Scheiben von besonderer Bedeutung. Ein Ausbruch ist eine einzigartige Gelegenheit, frische Sublimate und damit die Zusammensetzung von Feststoffen zu untersuchen. “
Gelegenheiten, Ausbrüche zu beobachten, sind eher selten, da sie nur etwa 100 Jahre andauern. Es ist jedoch bekannt, dass junge Sterne mit unterschiedlichem Alter FU-Ori-Ausbrüche erleiden. Daher erwarten Astronomen, dass sie in Zukunft mehr von diesen Ereignissen miterleben können - und dabei die chemische Zusammensetzung von mehr protoplanetaren Scheiben bestimmen können.
Diese Forschung wird nicht nur unser Verständnis der chemischen Zusammensetzung von Eis verbessern, das sich um junge Sterne entwickelt. Es wird auch unser Verständnis verbessern, wie sich organische Moleküle zwischen der Geburt unseres Sonnensystems und heute entwickelt haben, was viele Dinge über die Ursprünge des Lebens selbst enthüllen wird!
