Ruimteonderzoekers vinden bouwstenen voor leven bij andere ster

Een groep astronomen van de Sterrewacht Leiden en SRON Netherlands Institute for Space Research heeft bij een andere ster gassen gevonden waaruit voor leven essentiële moleculen als eiwitten en DNA kunnen ontstaan. De astronomen deden hun ontdekking samen met hun Amerikaanse en Duitse collega’s met behulp van de ruimtetelescoop Spitzer van NASA. De ster waar de astronomen naar keken, lijkt erg op de zon kort na haar ontstaan. De gassen bevinden zich in de stofschijf die om de ster draait en waaruit planeten kunnen vormen.

Met name twee van de drie geïdentificeerde gassen, acetyleen en waterstofcyanide, zijn belangrijke elementen voor de vorming van eiwitten en DNA. Tijdens de planeetvorming kan een deel van deze stoffen deel gaan uitmaken van een jonge planeet. Daar bestaat de kans dat ze bijdragen aan het ontstaan van leven.

"Deze resultaten waren een verrassing", zegt Fred Lahuis van de Sterrewacht Leiden en SRON, en leider van het onderzoeksteam. "Slechts in een van de 100 door ons bestudeerde jonge sterren met lage massa zijn duidelijk de vingerafdrukken van deze organische stoffen gezien. Hoewel de spectrometer aan boord van Spitzer niet optimaal is voor het waarnemen van deze gassen, lukte het door de gunstige hoek waaronder we de stofschijf zien, de gassen toch te waar te nemen."

"Dit is de eerste keer dat grote hoeveelheden waterstofcyanide en acetyleen gevonden zijn dicht bij een jonge ster met een massa vergelijkbaar met onze zon", zegt Ewine van Dishoeck van de Sterrewacht Leiden. Voorheen zijn deze stoffen waargenomen met de ISO-satelliet (Infrared Space Observatory) van de Europese Ruimtevaartorganisatie ESA, maar dan rond jonge sterren die meer dan tienduizend maal helderder zijn dan onze zon. Het is niet aannemelijk dat er zich rond deze sterren planeten zoals in ons zonnestelsel zullen vormen. In ons eigen zonnestelsel zijn acetyleen en waterstofcyanide gevonden in de atmosferen van de grote gasplaneten, in Saturnus’ maan Titan en in het ijs op de oppervlakte van kometen.

Geboortegolf
Het team ontdekte de gassen rond de jonge ster IRS 46 in het sterrenbeeld "Slangendrager", ongeveer 375 lichtjaar van de aarde. Het is bekend dat in gebieden in dit sterrenbeeld grote hoeveelheden gas en stof voorkomen waarin zich een geboortegolf van sterren afspeelt: in infraroodbeelden zijn meer dan honderd pasgeboren sterren ontdekt. Zoals de meeste jonge sterren is IRS 46 omgeven door een proto-planetaire schijf van gas en stof die om de ster draait en waarin zich planeten kunnen vormen.

Spitzers infraroodspectrometer splitst de waargenomen infraroodstraling van de schijf zoals het zichtbare licht van de zon in de kleuren van de regenboog gesplitst wordt. Hierin zijn lijnen te zien aan de hand waarvan een bepaalde stof geïdentificeerd kan worden, vergelijkbaar met de streepjescodes waarmee artikelen in de supermarkt herkend worden. De vorm en onderlinge sterkte van deze lijnen is afhankelijk van de temperatuur en de concentratie van het waargenomen gas.

Door met modellen te vergelijken konden de sterrenkundigen afleiden dat het gas heet is, meer dan 200 graden Celsius. "Deze hoge temperatuur hielp ons bij het bepalen van de oorsprong in de schijf, dicht bij de ster waar zich planeten kunnen vormen", zegt dr. Adwin Boogert van het California Institute of Technology in Pasadena in de Verenigde Staten. "Dit gas moet zich bevinden op een afstand van de ster vergelijkbaar met de afstand van onze aarde naar de zon." De concentratie van de stoffen acetyleen, waterstofcyanide en kooldioxide blijkt duizend maal groter te zijn dan de concentraties van deze stoffen in de koude wolk waaruit IRS 46 gevormd is.

Hawaï
Na de ontdekking met Spitzer zijn waarnemingen uitgevoerd met de James Clerk Maxwell Telescoop en met W.M. Keck telescoop. Beide telescopen bevinden zich op de top van de berg Mauna Kea, Hawaï. Aan de hand van de James Clerk Maxwell-gegevens konden de onderzoekers afleiden dat het gebied waarin het hete gas zich bevindt, beperkt moest zijn tot de binnenste delen van de schijf.

De Keck-gegevens bevestigden de Spitzer-ontdekking en lieten tevens zien dat het hete gas een snelheid heeft die afwijkt van de snelheid van de omgeving. Dit kan erop duiden dat er een sterke wind is die zijn oorsprong vindt in het binnenste gedeelte van de schijf. De wind verwijdert een deel van het materiaal uit de schijf en creëert de mogelijkheid voor de vorming van een planeet zoals onze aarde.

Aminozuren
Het binnenste gebied van de schijf lijkt een zeer actieve chemische fabriek. Acetyleen reageert snel met zuurstof en is daarom op aarde niet vrij te vinden. Het is echter een van de bouwstenen van (polycyclisch) aromatische koolwaterstoffen, die zowel op aarde als in de ruimte veel voorkomen. Waterstofcyanide is een zeer giftig gas voor mensen. Vijf waterstofcyanidemoleculen samen kunnen Adenine vormen, een van de bouwstenen van DNA. Samen met water en ammonia kan waterstofcyanide ook leiden tot de vorming van aminozuren, de bouwstenen van proteïnen.

"Het is fascinerend om een ingrediënt voor de twee meest fundamentele moleculen voor leven, DNA en eiwitten, rond een ster te vinden in de omgeving waar planeten zoals onze aarde gevormd kunnen worden", zegt dr. Neal Evans van de Universiteit van Texas in Austin, VS en de leider van het "Cores to Disks" Spitzer Legacy Programma.

Het werk wordt gepubliceerd in editie 636 #2 van de Astrophysical Journal Letters en is het resultaat van een internationaal team van wetenschappers die allen deel uitmaken van het "Cores to Disks" Spitzer Legacy Programma. De auteurs van het wetenschappelijk artikel zijn: Fred Lahuis van de Sterrewacht Leiden en SRON; Ewine van Dishoeck en Michiel Hogerheijde van de Sterrewacht Leiden; Geoffrey Blake, Adwin Boogert en Klaus Pontoppidan van het California Institute of Technology in Pasadena, VS; Neal Evans, Jackie Kessler-Silacci en Claudia Knez van de Universiteit van Texas in Austin, VS; Cornelis Dullemond van het Max-Planck Institute für Astrophysik in Heidelberg, Duitsland; en Jes Jorgensen van het Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics in Boston, VS.

Nederland heeft een rijke traditie in de infraroodsterrenkunde. De eerste infraroodsatelliet IRAS was een samenwerking tussen Nederland, Amerika en Engeland. Voor de ESA-satelliet ISO bouwde SRON een van de ultragevoelige spectrometers. Aan de opvolger daarvan, het Heterodyne Instrument for the Far Infrared (HIFI), te lanceren in 2007 op de satelliet Herschel, wordt momenteel bij SRON de laatste hand gelegd. Daarnaast worden bij het instituut detectoren ontwikkeld voor het telescoopsysteem ALMA, dat vanaf 2009 op de Atacama hoogvlakte in Noord-Chili waarnemingen moet gaan doen in infrarood- en submillimeterstraling.

Meer informatie is te vinden op: http://peggysue.as.utexas.edu/SIRTF/
http://ssc.spitzer.caltech.edu/legacy/