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Astronomen haben mit dem Verbundteleskop ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) erstmals in der direkten Umgebung eines jungen, sonnenähnlichen Sterns Zuckermoleküle aufgespürt. Die Entdeckung der Moleküle in dem Gas, das den Stern umgibt, zeigt, dass diese Lebensbausteine zur richtigen Zeit am richtigen Ort sind, um bei der Entstehung von Planeten um diesen Stern zur Stelle zu sein.
Die Astronomen fanden in dem Gas, das einen jungen Doppelstern umgibt, Glycolaldehyd-Moleküle: eine einfache Form von Zucker [1]. Der Stern, der die Bezeichnung IRAS 16293-2422 trägt, hat eine ähnliche Masse wie unsere Sonne. Glycolaldehyd war zuvor bereits im interstellaren Raum nachgewiesen worden [2]. Dies ist allerdings das erste Mal, dass solche Moleküle vergleichsweise nahe bei einem sonnenähnlichen Stern gefunden wurden – in einer Entfernung, die vergleichbar mit jener des Uranus von der Sonne ist. Die Entdeckung zeigt, dass einige der für Leben nötigen chemischen Verbindungen bereits zur Zeit der Planetenentstehung in dem betreffenden System vorhanden waren [3].
“In der Scheibe aus Gas und Staub, die diesen neu entstandenen Stern umgibt, haben wir Glycolaldehyd gefunden. Das ist eine einfache Art von Zucker, gar nicht so unterschiedlich von dem Zucker, den wir in unseren Kaffee tun”, erklärt Jes Jørgensen vom Niels-Bohr-Institut, Kopenhagen, der Erstautor des Fachartikels. “Dieses Molekül ist eine der Zutaten bei der Entstehung von RNA, und die wiederum ist – genau wie die mit ihr verwandte DNA – einer der Grundbausteine von Leben.”
Entscheidend für die neuen Ergebnisse ist die hohe Empfindlichkeit, die ALMA selbst bei den niedrigsten Wellenlängen seines Messbereichs erreicht – eine beachtliche technische Herausforderung. Die Messungen nutzten dabei sogar nur einen Teil des Verbundteleskops und wurden während der “Science Verification phase” getätigt, in der das Teleskop anhand wissenschaftlicher Fragestellungen auf Funktions- und Leistungsfähigkeit getestet wurde [4].
“Besonders aufregend ist für uns an diesen Ergebnissen, was die ALMA-Beobachtungen über die Bewegung der Zuckermoleküle zeigen: die Moleküle fallen offenbar auf einen der Sterne des Systems zu”, sagt Cécile Favre von der Universität Aarhus (Dänemark), die an den Forschungen beteiligt war. “Nicht nur sind die Zuckermoleküle am richtigen Ort, um auf einem Planeten zu landen – sie bewegen sich auch in die richtige Richtung!”
Die Gas- und Staubwolken, aus deren Kollaps neue Sterne entstehen, sind extrem kalt [5], und viele der Gase setzen sich in Form von Eis auf den Staubteilchen ab. Dort können sie chemisch reagieren, so dass komplexere Moleküle entstehen können. Sobald sich im Inneren einer solchen rotierenden Gas- und Staubwolke ein Stern gebildet hat, heizt er die inneren Regionen der Wolke auf. Diese Bereiche erreichen dann in etwa irdische Zimmertemperatur; die komplexeren chemischen Verbindungen verdampfen und werden zu Gasen, deren charakteristische Strahlung im Radiobereich sich mit empfindlichen Teleskopen wie ALMA nachweisen lässt.
IRAS 16293-2422 ist der Erde vergleichsweise nahe: mit einem Abstand von nur rund 400 Lichtjahren bietet er den Astronomen optimale Verhältnisse, um die Chemie und die Molekülhäufigkeiten in der Umgebung junger Sterne zu untersuchen. Mit einer neuen Generation von Teleskopen, wie ALMA, finden die Wissenschaflter beste Voraussetzungen vor, um Details der Gas- und Staubwolken zu studieren, aus denen Planetensysteme entstehen.
“Die große Frage ist: Wie komplex können diese Moleküle werden, bevor sie Bestandteil der neu entstandenen Planeten werden? Die Antwort verspricht Hinweise darauf, wie Leben auf anderen Planeten entstehen kann – und ALMA-Beobachtungen werden eine wichtige Rolle dabei spielen, dieses Rätsel zu lösen”, schließt Jes Jørgensen.
Die hier vorgestellten Ergebnisse werden in einem Fachartikel beschrieben, der in der Zeitschrift Astrophysical Journal Letters erscheinen wird.
Das Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) ist eine internationale astronomische Einrichtung, die gemeinsam von Europa, Nordamerika und Ostasien in Zusammenarbeit mit der Republik Chile getragen wird. Von europäischer Seite aus wird ALMA über die Europäische Südsternwarte (ESO) finanziert, in Nordamerika von der National Science Foundation (NSF) der USA in Zusammenarbeit mit dem kanadischen National Research Council (NRC) und dem taiwanesischen National Science Council (NSC), und in Ostasien von den japanischen National Institutes of Natural Sciences (NINS) in Kooperation mit der Academia Sinica (AS) in Taiwan. Bei Entwicklung, Aufbau und Betrieb ist die ESO federführend für den europäischen Beitrag, das National Radio Astronomy Observatory (NRAO), das seinerseits von Associated Universities, Inc. (AUI) betrieben wird, für den nordamerikanischen Beitrag und das National Astronomical Observatory of Japan für den ostasiatischen Beitrag. Dem Joint ALMA Observatory (JAO) obliegt die übergreifende Projektleitung für den Aufbau, die Inbetriebnahme und den Beobachtungsbetrieb von ALMA.
Endnoten
[1] Zucker ist der Sammelbegriff für verschiedene kleine Kohlenhydrate (Moleküle, die Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff enthalten, wobei das Zahlenverhältnis von Wasserstoff- zu Sauerstoffatomen typischerweise wie beim Wasser 2 zu 1 beträgt.) Glycolaldehyd hat die Summenformel C2H4O2. Der Zucker, den wir typischer weise in unseren Nahrungsmitteln finden, ist Saccharose (auch Sucrose genannt), ist ein weiterer, etwas größerer Vertreter dieser Klasse von Molekülen.
[2] Glycolaldehyde waren bis zu dieser Studie an zwei Orten im Weltraum nachgewiesen worden: zum einen in Richtung der Molekülwolke Sagittarius B2 nahe dem galaktischen Zentrum mit Hilfe des 12 Meter-Teleskops der National Science Foundation (NSF) auf dem Kitt Peak (USA) im Jahre 2000 und mit dem ebenfalls der NSF zugehörigen Robert C. Byrd Green Bank Telescope im Jahre 2004; zum anderen im massereichen Molekülwolkenkern G31.41+0.31 .mit dem IRAM-Plateau de Bure-Interferometer (Frankreich) im Jahre 2008.
[3] Voraussetzungen für die Identifikation des Moleküls in den ALMA-Beobachtungen waren hochgenaue Messungen der von Glycolaldehyd ausgesandten charakteristischen Radiostrahlung in Laborexperimenten. Zusätzlich zu Glycolaldehyd enthält IRAS 16293-2422 noch weitere komplexe organische Moleküle, etwa Ethylenglycol, Ameisensäuremethylester und Ethanol.
[4] Frühe wissenschaftliche Beobachtungen mit einem Teil der ALMA-Antennen begannen im Jahre 2011 (vgl. eso1137). Sowohl davor als auch danach wurden sogenannte "Science Verification observations" durchgeführt, um zu zeigen, dass ALMA tatsächlich Daten in der für die Forschung nötigen Qualität liefern kann. Die hierbei gewonnenen Daten wurden öffentlich gemacht, und einige davon wurden für die hier beschriebene Studie genutzt. ALMA soll 2013 fertiggestellt sein und wird dann als ein Teleskopverbund von 66 hochempfindlichen Antennen operieren.
[5] Diese Temperaturen liegen gewöhnlich um die 10 Grad über dem absoluten Nullpunkt, also bei rund –263 Grad Celsius.
Quelle: ESO