Med hjälp av Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) har ett team av astronomer under ledning av Abubakar Fadul från Max Planck-institutet för astronomi (MPIA) upptäckt komplexa organiska molekyler – däribland den första preliminära upptäckten av etylenglykol och glykolnitril – i protoplanetskivan kring den utbrottande protostjärnan V883 Orionis.
Dessa föreningar anses vara föregångare till livets byggstenar. Jämförelser mellan olika kosmiska miljöer visar att förekomsten och komplexiteten hos sådana molekyler ökar från stjärnbildande regioner till fullt utvecklade planetsystem. Detta tyder på att livets frön samlas i rymden och är utbredda.
Resultaten publiceras i Astrophysical Journal Letters.
Astronomer har tidigare upptäckt komplexa organiska molekyler (COM) på olika platser i samband med planet- och stjärnbildning. COM är molekyler med mer än fem atomer, varav minst en är kol. Många av dem anses vara byggstenar för liv, såsom aminosyror och nukleinsyror eller deras föregångare.
Upptäckten av 17 COM i den protoplanetära skivan i V883 Orionis, däribland etylenglykol och glykolnitril, ger en länge eftertraktad pusselbit i utvecklingen av sådana molekyler mellan stadierna före och efter bildandet av stjärnor och deras planetbildande skivor. Glykolnitril är en föregångare till aminosyrorna glycin och alanin, samt nukleobasen adenin.
Sammansättningen av prebiotiska molekyler börjar i interstellära rymden
”Vår upptäckt pekar på en rak linje av kemisk anrikning och ökande komplexitet mellan interstellära moln och fullt utvecklade planetsystem”, säger Fadul.
Övergången från en kall protostjärna till en ung stjärna omgiven av en skiva av stoft och gas åtföljs av en våldsam fas med chockad gas, intensiv strålning och snabb gasutstötning.
Sådana energiska processer kan förstöra det mesta av den komplexa kemi som bildats under de tidigare stadierna. Därför hade forskarna lagt fram ett så kallat återställningsscenario, där de flesta av de kemiska föreningar som krävs för att liv ska kunna utvecklas skulle behöva reproduceras i cirkumstellära skivor samtidigt som kometer, asteroider och planeter bildas.
”Nu verkar det vara tvärtom”, påpekar MPIA-forskaren och medförfattaren Kamber Schwarz. ”Våra resultat tyder på att protoplanetära skivor ärver komplexa molekyler från tidigare stadier, och att bildandet av komplexa molekyler kan fortsätta under protoplanetära skivans stadium.”
Faktum är att perioden mellan den energiska protostjärnfasen och etableringen av en protoplanetär skiva i sig skulle vara för kort för att COM skulle kunna bildas i detekterbara mängder.
Som ett resultat kan de förhållanden som förutbestämmer biologiska processer vara utbredda snarare än begränsade till enskilda planetsystem.
Astronomer har hittat de enklaste organiska molekylerna, såsom metanol, i täta regioner av stoft och gas som föregår stjärnbildningen. Under gynnsamma förhållanden kan de till och med innehålla komplexa föreningar som består av etylenglykol, en av de arter som nu upptäckts i V883 Orionis.
”Vi har nyligen upptäckt att etylenglykol kan bildas genom UV-bestrålning av etanolamin, en molekyl som nyligen upptäckts i rymden”, tillägger Tushar Suhasaria, medförfattare och chef för MPIA:s Origins of Life Lab. ”Denna upptäckt stöder teorin att etylenglykol kan bildas i dessa miljöer, men också i senare stadier av molekylär evolution, där UV-bestrålning är dominerande.”
Mer utvecklade ämnen som är avgörande för biologin, såsom aminosyror, sockerarter och nukleobaser som utgör DNA och RNA, finns i asteroider, meteoriter och kometer i solsystemet.
Begravda i is; återupptäckta av stjärnor
De kemiska reaktioner som syntetiserar dessa COM:er sker under kalla förhållanden, helst på isiga dammkorn som senare koagulerar och bildar större objekt. Dolda i dessa blandningar av sten, damm och is förblir de vanligtvis oupptäckta. Att komma åt dessa molekyler är endast möjligt genom att gräva efter dem med rymdsonder eller genom extern uppvärmning, som förångar isen.
I solsystemet värmer solen upp kometer, vilket resulterar i imponerande gas- och dammsvansar, eller komor, som i huvudsak är gasformiga höljen som omger kometkärnorna. På detta sätt kan spektroskopi – den regnbågsliknande analysen av ljus – fånga upp utsläppen från frigjorda molekyler. Dessa spektrala fingeravtryck hjälper astronomer att identifiera molekyler som tidigare varit begravda i is.
En liknande uppvärmningsprocess sker i V883 Orionis-systemet. Den centrala stjärnan växer fortfarande genom att ackumulera gas från den omgivande skivan tills den så småningom tänder fusionselden i sin kärna. Under dessa tillväxtperioder värms den infallande gasen upp och producerar intensiva utbrott av strålning.
”Dessa utbrott är tillräckligt starka för att värma upp den omgivande skivan så långt som till annars isiga miljöer, vilket frigör de kemikalier vi har upptäckt”, förklarar Fadul.
”Komplexa molekyler, inklusive etylenglykol och glykolnitril, strålar ut på radiofrekvenser. ALMA är perfekt lämpad för att upptäcka dessa signaler”, säger Schwarz.
MPIA-astronomerna fick tillgång till denna radiointerferometer genom Europeiska sydobservatoriet (ESO), som driver den i den chilenska Atacamaöknen på 5 000 meters höjd. ALMA gjorde det möjligt för astronomerna att lokalisera V883 Orionis-systemet och söka efter svaga spektralsignaturer, vilket slutligen ledde till upptäckterna.
Ytterligare utmaningar
”Även om detta resultat är spännande har vi fortfarande inte lyckats reda ut alla signaturer som vi hittade i våra spektra”, säger Schwarz. ”Data med högre upplösning kommer att bekräfta upptäckterna av etylenglykol och glykolnitril och kanske till och med avslöja mer komplexa kemikalier som vi helt enkelt inte har identifierat ännu.”
”Vi kanske också behöver titta på andra regioner av det elektromagnetiska spektrumet för att hitta ännu mer utvecklade molekyler”, påpekar Fadul. ”Vem vet vad vi kan upptäcka mer?”
Mer information: A deep search for Ethylene Glycol and Glycolonitrile in V883 Ori Protoplanetary Disk, The Astrophysical Journal Letters (2025). DOI: 10.3847/2041-8213/adec6e
