In einer protoplanetaren Scheibe, die einen jungen Stern umgibt, haben Astronomen zum ersten Mal die Existenz komplexer organischer Moleküle nachgewiesen: die Bausteine des Lebens. Diese Entdeckung ist eine erneute Bestätigung dafür, dass die Bedingungen, unter denen die Sonne und mit ihr die Erde entstanden sind, im Universum nicht einmalig sind. Gelungen ist dieser Nachweis mit dem Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA). Die Ergebnisse werden am 9. April 2015 in der Zeitschrift Nature veröffentlicht.

Die neuen Beobachtungen mit ALMA lassen erkennen, dass die protoplanetare Scheibe, die den jungen Stern MWC 480 [1] umgibt, große Mengen Methylcyanid (CH3CN) enthält, ein komplexes kohlenstoffbasiertes Molekül. Um MWC 480 ist genug Metylcyanid vorhanden, um alle Ozeane auf der Erde damit zu füllen.

Sowohl dieses Molekül als auch sein einfacherer Verwandter Cyanwasserstoff (HCN) wurden in den kalten Außenbereichen der neugeformten Scheibe des Sterns gefunden, in einer Region, von der Astronomen glauben, dass sie dem Kuipergürtel ähnelt – dem Bereich in unserem eigenen Sonnensystem jenseits von Neptun, der voller Planetesimale und Kometen ist.

Kometen stellen eine Art Aufzeichung der Phase der Planetenentstehung dar, da sie die frühe Chemie des Sonnensystems wiedergeben. Man geht davon aus, dass die Kometen und Asteroiden aus den Außenbereichen des Sonnensystems Wasser und organische Moleküle auf die Erde brachten und damit die Voraussetzung für die Entwicklung von primitivem Leben schafften.

„Untersuchungen von Kometen und Asteroiden zeigen, dass der solare Urnebel, der die Sonne und Planeten hervorbrachte, reich an Wasser und komplexen organischen Verbindungen war“, erklärt Karin Öberg, Astronomin vom Harvard-Smithsonian Center für Astrophysik in Cambridge (Massachusetts) in den USA und Erstautorin der neuen Veröffentlichung.

„Wir haben jetzt sogar genauere Beweise dafür, dass diese selben chemischen Eigenschaften auch anderorts im Universum, in Regionen enthält, in denen Sternsysteme entstehen könnten und die unserem Sonnensystem nicht unähnlich wären. Das ist besonders verblüffend, da die Moleküle, die in MWC 480 gefunden wurden, in ähnlicher Konzentration auch in den Kometen in unserem Sonnensystem zu finden sind", merkt Öberg an.

Der Stern MWC 480, der eine Masse hat, die etwa zweimal so groß ist wie die der Sonne, befindet sich 455 Lichtjahre entfernt im Taurus-Sternentstehungsgebiet. Seine umgebende Scheibe ist in den sehr frühen Phasen der Entwicklung – sie ist erst vor kurzem aus einem kalten, dunklen Nebel aus Staub und Gas hervorgegangen. Beobachtungen mit ALMA und anderen Teleskopen müssen noch irgendein offensichtliches Zeichen der Planetenentstehung in ihr nachweisen, obwohl hochauflösendere Beobachtungen Strukturen zum Vorschein bringen könnten, die denen von HL Tauri ähnlich sind, der etwa gleich alt ist.

Astronomen wissen bereits seit geraumer Zeit, dass kalte, dunkle interstellaren Wolken sehr effiziente Fabriken für die Bildung von komplexen organischen Moleküle darstellen – einschließlich einer Gruppe von Molekülen, die man Cyanide nennt. Cyanide, und ganz besonders Methylcyanid, sind wichtig, da sie Kohlenstoff-Stickstoff-Verbindungen enthalten, die für die Bildung von Aminosäuren unerlässlich sind und als Grundlage für Proteine und die Bausteine des Lebens dienen.

Bis heute ist jedoch noch unklar, ob sich diese komplexen organischen Moleküle tatsächlich in der energiereichen Umgebung eines jeden neu gebildeten Sternsystems bilden können, da Stöße und Strahlung chemische Verbindungen leicht aufbrechen können.

Dank ALMAs außerordentlicher Empfindlichkeit [2], können Astronomen anhand der neuen Beobachtungen sehen, dass diese Moleküle nicht nur überleben, sondern weiter zunehmen.

Die Moleküle, die ALMA nachwies, sind bedeutend reichlicher vorhanden, als wenn man sie in interstellaren Wolken gefunden hätte. Das zeigt Astronomen, dass protoplanetare Scheiben sehr effizient komplexe organische Moleküle bilden und dass sie in der Lage sind, dies innerhalb einer relativ kurzen Zeitspanne zu tun [3].

Die Astronomen nehmen daher an, dass organische Moleküle, die in Kometen und anderen Eiskörpern sicher eingeschlossen werden, auch in andere, lebensfreundlichere Umgebungen transportiert werden können, während sich das System weiterentwickelt.

“Aus den Beobachtungen von Exoplaneten wissen wir, dass das Sonnensystem in ihrer Anzahl an Planeten und Reichhaltigkeit an Wasser nicht einzigartig ist“, schließt Öberg ab. „Jetzt wissen wir, dass wir mit unseren organischen Eigenschaften nicht einzigartig sind. Ein weiteres Mal haben wir gelernt, dass wir nicht besonders sind. Aus Sicht des Lebens im Universum sind das tolle Neuigkeiten.“

Endnoten

[1] Dieser Stern ist gerade einmal eine Million Jahre alt. Zum Vergleich: Die Sonne ist mehr als vier Milliarden Jahre alt. Der Name MWC 480 bezieht sich auf den Mount-Wilson-Katalog von B- und A-Sternen, die helle Wasserstofflinien in ihren Spektren haben.

[2] ALMA ist in der Lage lichtschwache Strahlung mit Wellenlängen im Millimeterbereich zu erfassen, die normalerweise von Molekülen im Weltraum emittiert wird. Für diese jüngsten Beobachtungen nutzten die Astronomen nur einen Teil von ALMAs 66 Antennenschüsseln, als sich das Observatorium in einer Konfiguration mit niedrigerer Auflösung befand. Weitere Beobachtungen von dieser und anderen protoplanetaren Scheiben mit ALMAs voller Leistungsfähigkeit werden zusätzliche Details über die chemische und strukturelle Evolution von Sternen und Planeten zutage bringen.

[3] Diese schnelle Bildung ist vonnöten, um den Kräften zuvorzukommen, die ansonsten die Moleküle auseinanderbrechen lassen würden. Diese Moleküle wurden außerdem in einem relativ ruhigen Teil der Scheibe nachgewiesen, schätzungsweise etwa 4,5 bis 15 Milliarden Kilometern vom Zentralgestirn entfernt. Obwohl das verglichen mit unserem Sonnensystem sehr weit von Stern entfernt wäre, würde dieser Bereich im Maßstab von MWC 480 genau in der Zone liegen, in der sich Kometen bilden.

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