Složité organické molekuly v mladém hvězdném systému

ESO 013/15 tisková zpráva

Základní stavební kameny života mohou být ve vesmíru běžné

V protoplanetárním disku obklopujícím mladou hvězdu se astronomům poprvé podařilo odhalit složité organické molekuly, které jsou považovány za základní stavební kameny života. Pozorování provedená pomocí radioteleskopu ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) opět dokazují, že podmínky, za jakých vznikala Země i Slunce, nejsou ve vesmíru nijak unikátní. Výsledky byly publikovány 9. dubna 2015 ve vědeckém časopise Nature.

Nová pozorování získaná radioteleskopem ALMA odhalila, že protoplanetární disk obklopující mladou hvězdu s označením MWC 480 [1] obsahuje značné množství metylkyanidu (Acetonitril, CH₃CN), což je poměrně složitá molekula na bázi uhlíku. Zdá se, že v disku kolem této hvězdy je této látky množství srovnatelné s objemem vody v pozemských oceánech.

Metylkyanid i jednodušší podobná molekula kyanovodík (HCN) byly objeveny ve vnější chladné části disku. Tedy v oblasti, o které se astronomové domnívají, že je obdobou Kuiperova pásu – oblasti naší Sluneční soustavy za drahou Neptunu, kde se vyskytuje velké množství ledových planetesimál a kometárních jader.

Kometární jádra ve svém nitru obsahují záznam o původním chemickém složení Sluneční soustavy v době formování planet. Vědci se domnívají, že tělesa z vnějších částí systému obohacovala mladou Zemi o vodu a organické látky, čímž pomohla nastavit základní vhodné podmínky pro vývoj jednoduchého života.

„Výzkumy komet a planetek ukazují, že původní mlhovina, ze které se formovalo Slunce i planety, byla bohatá na vodu a složité organické sloučeniny,“ poznamenává Karin Öberg (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge, Massachusetts, USA), hlavní autorka článku.

„Nyní máme ještě lepší důkazy, že podobné chemické podmínky existují i jinde ve vesmíru, v místech kde vznikají nové planetární systémy podobné tomu našemu.“ Obzvláště zajímavý je fakt, že molekuly nalezené v disku kolem MWC 480 nacházíme v podobných koncentracích i v kometárních jádrech v naší Sluneční soustavě.

Hvězda MWC 480, která je asi dvakrát hmotnější než Slunce, se nachází 455 světelných let od nás v oblasti s probíhajícím vzniku nových hvězd v souhvězdí Býka. Obklopuje ji disk v počáteční fázi svého vývoje, který se v podstatě nedávno zformoval z chladného tmavého oblaku prachu a plynu. Výzkumy provedené pomocí radioteleskopu ALMA a dalšími přístroji zatím nedetekovaly zjevné známky formování planet v nitru disku. Pozorování s lepším rozlišením by však mohla odhalit podobné struktury jako u hvězdy HL Tauri, která je v podobné fází vývoje.  

Astronomové již nějakou dobu vědí, že chladné tmavé mezihvězdné oblaky představují efektivní továrny na výrobu složitých organických sloučenin – včetně skupiny molekul známých jako kyanidy. Kyanidy, a především metyl kyanid, jsou velmi důležité sloučeniny, protože obsahují vazby uhlík-dusík, které jsou nepostradatelné pro vznik aminokyselin, stavebních složek bílkovin a tedy života. 

Až dosud však nebylo zcela jasné, jestli stejné složité organické molekuly běžně vznikají a přežívají v nepříznivých podmínkách nově vznikající planetární soustavy, kde mohou být chemické vazby opět přerušeny působením rázových vln nebo elektromagnetického záření. 

S využitím mimořádné citlivosti radioteleskopu ALMA [2] mohou astronomové z posledních pozorování zjistit, že molekuly nejen přežívají, ale podmínky v oblaku jim dokonce prospívají.  

Co je rovněž důležité, molekuly detekované pomocí ALMA se vyskytují v oblaku v mnohem větším množství, než v jakém je nachází v mezihvězdných oblacích. To naznačuje, že protoplanetární disky jsou vhodným prostředím pro vznik složitých organických molekul a jsou schopné je vyprodukovat poměrně krátkém čase. [3]

S pokračujícím vývojem tohoto systému astronomové očekávají, že organické molekuly, bezpečně uložené v kometárních jádrech a dalších ledových objektech, budou postupně dopravovány do prostředí příznivému pro život. 

„Z výzkumu exoplanet dnes víme, že Sluneční soustava není unikátní co do počtu planet nebo obsahu vody,“ dodává Karin Öberg. „Nyní také víme, že není unikátní, ani pokud jde o organickou chemii. Opět jsme se naučili, že v tomto směru Sluneční soustava výjimečná není. Z pohledu života ve vesmíru jsou to ale dobré zprávy.“

Zdroj

Poznámky

[1] Hvězda je stará pouze asi milion let, zatímco Slunce je starší než 4,5 miliardy let. Označení MWC 480 pochází z ‚Mount Wilson Catalog of B and A stars‘, tedy katalogu hvězd s jasnými čarami vodíku ve spektru. 

[2] ALMA je schopná detekovat slabé záření na milimetrových vlnových délkách elektromagnetického záření, které přirozeně vysílají molekuly ve vesmíru. Pro toto pozorování astronomové využili jen malou část z 66 antén komplexu ALMA, protože probíhalo v době, kdy byl systém sestaven do konfigurace s nízkým rozlišením. Následné studie tohoto i jiných podobných systémů s protoplanetárními disky pomocí ALMA v konfiguraci s velkým rozlišením by mohly odhalit další detaily chemického a strukturálního vývoje hvězd a planet.

[3] Takto rychlý vývoj je nezbytný k potlačení sil, které by jinak mohly molekuly rozbíjet. Molekuly byly detekovány v relativně poklidné části disku zhruba 4,5 miliardy až 15 miliard kilometrů od hvězdy. Což je sice poměrně daleko ve srovnání se Sluneční soustavou (30 až 100 AU, tedy za dnešní drahou Neptunu), ale v o něco větším systému MWC 480, by to mohla být právě zóna vzniku kometárních jader.

Další informace

Výzkum byl prezentování v článku “The Cometary Composition of a Protoplanetary Disk as Revealed by Complex Cyanides” autorů K.I. Öberg a kol., který byl publikován 9. dubna 2015 ve vědeckém časopise Nature.

Složení týmu: Karin I. Öberg (Harvard-Smithsonian Centre for Astrophysics, Cambridge, Massachusetts, USA), Viviana V. Guzmán (Harvard-Smithsonian Centre for Astrophysics), Kenji Furuya (Leiden Observatory, Leiden University, Leiden, Nizozemí), Chunhua Qi (Harvard-Smithsonian Centre for Astrophysics), Yuri Aikawa (Kobe University, Kobe, Japonsko), Sean M. Andrews (Harvard-Smithsonian Centre for Astrophysics), Ryan Loomis (Harvard-Smithsonian Centre for Astrophysics) a David J. Wilner (Harvard-Smithsonian Centre for Astrophysics).

Astronomická observatoř ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) je mezinárodním partnerským projektem organizací ESO, NSF (US National Science Foundation) a NINS (National Institutes of Natural Sciences) v Japonsku ve spolupráci s Chilskou republikou. ALMA je za členské státy financována ESO, NSF ve spolupráci s NRC (National Research Council of Canada) a NSC (National Science Council of Taiwan) a NINS ve spolupráci s AS (Academia Sinica) na Taiwanu a KASI (Korea Astronomy and Space Science Institute) v Koreji. 

Výstavba a provoz observatoře ALMA jsou ze strany Evropy řízeny ESO, ze strany Severní Ameriky NRAO (National Radio Astronomy Observatory), která je řízena AUI (Associated Universities, Inc.), a za východní Asii NAOJ (National Astronomical Observatory of Japan). Spojená observatoř ALMA (JAO, Joint ALMA Observatory) poskytuje jednotné vedení a řízení stavby, plánování a provoz teleskopu ALMA.

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 E-ELT (European Extremely Large optical/near-infrared Telescope), který se stane „největším okem hledícím do vesmíru“.

Odkazy

• odbormný článek v Nature
• snímky dalekohledu 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

Karin Öberg; Harvard-Smithsonian Centre for Astrophysics; Cambridge MA, USA; Mobil: +1 617 496 9062; Email: koberg@cfa.harvard.edu

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