ALMA objevila ingredienci života v okolí mladé hvězdy podobné Slunci

ESO 018/17 tisková zpráva

Astronomové využili radioteleskop ALMA k pozorování hvězd podobných Slunci ve velmi raném stádiu vývoje a podařilo se jim objevit známky přítomnosti methylisokyanátu – chemikálie, která je považována za jeden ze základních stavebních kamenů života. Tuto prebiotickou molekulu se u protohvězd slunečního typu, jejichž vývoj vede k systémům podobným Sluneční soustavě, podařilo pozorovat vůbec poprvé. Objev vědcům může pomoci pochopit, jakým způsobem na Zemi vznikl život.

Dva týmy astronomů využili výkonu radioteleskopu ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) pracujícího v Chile k detekci složité probiotické organické molekuly methylisokyanátu (methyl isocyanate) [1] ve vícenásobném hvězdném systému IRAS 16293-2422. První tým vedli Rafael Martín-Doménech (Centro de Astrobiología, Madrid, Španělsko) a Víctor M. Rivilla (INAF-Osservatorio Astrofisico di Arcetri, Florence, Itálie), druhý pak Niels Ligterink (Leiden Observatory, Nizozemí) a Audrey Coutens (University College, London, Spojené království).

„Tento hvězdný systém nás nepřestává překvapovat. Poté, co zde byly objeveny cukry, se nám v něm nyní podařilo nalézt také methylisokyanát. Tato skupina organických molekul se zapojuje do syntézy peptidů a aminokyselin, které, ve formě proteinů, představují biologický základ života, jak ho známe,“ vysvětlují Niels Ligterink a Audrey Coutens [2].

Schopnosti radioteleskopu ALMA oběma týmům umožnily pozorovat molekuly na několika různých charakteristických vlnových délkách v celém rádiovém spektru (radio spectrum) [3]. Nezaměnitelné chemické otisky vědci objevili v teplé husté vnitřní oblasti prachoplynného kokonu obklopujícího mladé hvězdy v nejranější fázi vývoje. Oběma týmům se podařilo identifikovat a separovat známky složité organické molekuly methylisokyanátu [4]. Získaná pozorování byla následně modelována na počítači a podporují je i provedené laboratorní experimenty, které pomohly zlepšit naše chápání původu těchto molekul [5].

IRAS 16293-2422 je vícenásobný hvězdný systém velmi mladých hvězd, který se nachází asi 400 světelných let od nás. Leží v rozsáhlé oblasti s probíhajícím vznikem hvězd Rho Ophiuchi a na obloze ho nalezneme v souhvězdí Hadonoše (Ophiuchus). Nové výsledky získané na základě pozorování ALMA ukazují, že metylisokyanát v plynném stavu se nachází kolem všech těchto mladých hvězd.

Země i ostatní planety Sluneční soustavy vznikly z materiálu, který zbyl po formování Slunce. Studium protohvězd slunečního typu tak může astronomům otevřít okno do minulosti a umožnit jim výzkum podmínek podobajících se těm, které vedly ke vzniku naší Sluneční soustavy před 4,5 miliardami let.

Rafael Martín-Doménech a Víctor M. Rivilla, vedoucí autoři jednoho z publikovaných článků, dodávají: „Tyto výsledky nás obzvláště těší, protože sledované protohvězdy jsou mimořádně podobné Slunci na počátku jeho vývoje a jsou zde i vhodné podmínky pro formování planet o velikosti Země. Díky nalezení prebiotických molekul v rámci naší studie jsme získali další kousek skládanky umožňující pochopení procesů, které na naší planetě vedly ke vzniku života.“

Niels Ligterink je nadšen z podpůrných laboratorních výsledků: „Kromě detekce molekul jsme také chtěli pochopit, jakým způsobem vznikly. Naše laboratorní experimenty ukázaly, že methylisokyanát se skutečně může vytvářet na ledových částicích s velmi nízkou teplotou, tedy v podmínkách, které se podobají mezihvězdnému prostředí. To znamená, že tato molekula – a tedy základ peptidových vazeb – se pravděpodobně bude vyskytovat u většiny mladých hvězd slunečního typu.“

Zdroj

Poznámky

[1] Složitá organická molekula je z pohledu astrochemie tvořena minimálně šesti atomy, přičemž alespoň jeden je uhlík. Methylisokyanát (CH3NCO) obsahuje atomy uhlíku, vodíku, dusíku a kyslíku. Tato velmi toxická látka byla hlavní příčinou smrti tisíců lidí při průmyslové katastrofě v indickém městě Bhopal v roce 1984 (Bhopal industrial accident).  

[2] Tento hvězdný systém zkoumal radioteleskop ALMA již v roce 2012. Bylo objeveno, že se zde vyskytují molekuly jednoduchého cukru glykolaldehydu, který je rovněž považován za ingredienci života.

[3] Rafael Martín-Doménech a jeho tým využil nová i archivní pozorování protohvězdy pořízená v celém rozsahu vlnových délek dostupných přijímačům ALMA pro pásmo 3, 4 a 6. Niels Ligterink a jeho kolegové využili data získaná v rámci přehlídky PILS (ALMA Protostellar Interferometric Line Survey), jejímž cílem bylo pomocí ALMA prozkoumat chemické složení systému IRAS 16293-2422 v celém rozsahu vlnových délek pásma 7 a to s velmi vysokým rozlišením odpovídajícím velikosti Sluneční soustavy. 

[4] Vědci provedli spektrografickou analýzu světla protohvězd, aby určili chemické složení. Množství  methylisokyanátu, které nalezli, je – v poměru k molekulárnímu vodíku a dalším sloučeninám – srovnatelné, jako u dříve pozorované dvojice velmi hmotných protohvězd (ležících v hmotných molekulárních jádrech oblaků Orion KL a Sagittarius B2 North).  

[5] Rafael Martín-Doménech a jeho tým chemicky modelovali vznik methylisokyanátu. Pozorovaný obsah je možné podle nich vysvětlit procesy na povrchu prachových zrn a následnými chemickými reakcemi v plynné fázi. Niels Ligterink a jeho tým navíc prokázali (s použitím kryogenického experimentu s ultravysokým vakuem v laboratoři v Leidenu), že molekula může vzniknout v extrémně chladném mezihvězdném prostředí při teplotách kolem 15 K (-258 °C).

Další informace

Výzkum byl prezentován ve dvojici článků: “First Detection of Methyl Isocyanate (CH3NCO) in a solar-type Protostar” autorů R. Martín-Doménech a kol.; a “The ALMA-PILS survey: Detection of CH3NCO toward the low-mass protostar IRAS 16293-2422 and laboratory constraints on its formation” autorů N. F. W. Ligterink a kol. Oba články byly publikovány ve stejném vydání vědeckého časopisu Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Složení prvního týmu: R. Martín-Doménech (Centro de Astrobiología, Španělsko), V. M. Rivilla (INAF-Osservatorio Astrofisico di Arcetri, Itálie), I. Jiménez-Serra (Queen Mary University of London, UK), D. Quénard (Queen Mary University of London, UK), L. Testi (INAF-Osservatorio Astrofisico di Arcetri, Itálie; ESO, Garching, Německo; Excellence Cluster “Universe”, Německo) a J. Martín-Pintado (Centro de Astrobiología, Španělsko).

Složení druhého týmu: N. F. W. Ligterink (Sackler Laboratory for Astrophysics, Leiden Observatory, Nizozemí), A. Coutens (University College London, UK), V. Kofman (Sackler Laboratory for Astrophysics, Nizozemí), H. S. P. Müller (Universität zu Köln, Německo), R. T. Garrod (University of Virginia, USA), H. Calcutt (Niels Bohr Institute & Natural History Museum, Dánsko), S. F. Wampfler (Center for Space and Habitability, Švýcarsko), J. K. Jørgensen (Niels Bohr Institute & Natural History Museum, Dánsko), H. Linnartz (Sackler Laboratory for Astrophysics, Nizozemí) a E. F. van Dishoeck (Leiden Observatory, Nizozemí; Max-Planck-Institut für Extraterrestrische Physik, Německo).

ESO je nejvýznamnější mezivládní astronomická organizace Evropy, která v současnosti provozuje jedny z nejproduktivnějších pozemních astronomických observatoří světa. ESO podporuje celkem 16 zemí: Belgie, Brazílie, Česká republika, Dánsko, Finsko, Francie, Itálie, Německo, Nizozemsko, Portugalsko, Rakousko, Španělsko, Švédsko, Švýcarsko, Velká Británie a hostící stát Chile. ESO uskutečňuje ambiciózní program zaměřený na návrh, konstrukci a provoz výkonných pozemních pozorovacích komplexů umožňujících astronomům dosáhnout významných vědeckých objevů. ESO také hraje vedoucí úlohu při podpoře a organizaci celosvětové spolupráce v astronomickém výzkumu. ESO provozuje tři unikátní pozorovací střediska světového významu nacházející se v Chile: La Silla, Paranal a Chajnantor. Na Observatoři Paranal, nejvyspělejší astronomické observatoři světa pro viditelnou oblast, pracuje Velmi velký dalekohled VLT a také dva další přehlídkové teleskopy – VISTA a VST. Dalekohled VISTA pozoruje v infračervené části spektra a je největším přehlídkovým teleskopem na světě, dalekohled VST je největším teleskopem navrženým k prohlídce oblohy ve viditelné oblasti spektra. ESO je významným partnerem revolučního astronomického teleskopu ALMA, největšího astronomického projektu současnosti. Nedaleko Paranalu v oblasti Cero Armazones staví ESO nový dalekohled ELT (Extremely Large Telescope), který se stane „největším okem hledícím do vesmíru“.

Odkazy

• Vědecký článek: Martín-Doménech et al. 2017
• Vědecký článek: Ligterink et al. 2017
• Snímky teleskopu ALMA

Kontakty

Viktor Votruba; národní kontakt; Astronomický ústav AV ČR, 251 65 Ondřejov, Česká republika; Email: votruba@physics.muni.cz

Jiří Srba; překlad; Hvězdárna Valašské Meziříčí, p. o., Česká republika; Email: jsrba@astrovm.cz

Rafael Martín-Doménech; Centro de Astrobiología; Madrid, Spain; Email: rmartin@cab.inta-csic.es

Victor Rivilla; INAF-Osservatorio Astrofisico di Arcetri; Italy; Email: rivilla@arcetri.astro.it

Audrey Coutens; Laboratoire d’Astrophysique de Bordeaux; France; Email: audrey.coutens@u-bordeaux.fr

Niels Ligterink; Sackler Laboratory for Astrophysics, Leiden Observatory; Netherlands; Tel.: +31 (0) 71 527 5844; Email: ligterink@strw.leidenuniv.nl

Richard Hook; ESO Public Information Officer; Garching bei München, Germany; Tel.: +49 89 3200 6655; Mobil: +49 151 1537 3591; Email: rhook@eso.org