Astronomen ontdekken interstellaire connectie van een van de bouwstenen van het leven

[univers]

ALMA en Rosetta brengen de reis van fosfor in kaart


Deze infographic toont de belangrijkste resultaten van een onderzoek waarbij de interstellaire connecties van fosfor, een van de bouwstenen van het leven, in kaart zijn gebracht.
Dankzij ALMA konden de astronomen aanwijzen waar in stervormingsgebieden zoals AFGL 5142 fosforhoudende moleculen, zoals fosformonoxide, ontstaan. De achtergrond van deze infographic toont een deel van de nachthemel in het sterrenbeeld Voerman, waarin het stervormingsgebied AFGL 5142 zich bevindt. De ALMA-opname van dit object is linksboven te zien; een van de locaties waar het team fosforhoudende moleculen heeft aangetroffen is omcirkeld. Het meest voorkomende fosforhoudende molecuul in AFGL 5142 is fosformonoxide, dat in het diagram linksonder oranje en rood is gekleurd. Een ander molecuul dat is ontdekt is fosfornitride, aangeduid met de kleuren oranje en blauw.
Met behulp van het ROSINA-instrument aan boord van ESA-ruimtesonde Rosetta, hebben astronomen ook fosformonoxide ontdekt op komeet 67P/Churyumov-Gerasimenko, die rechtsonder te zien is. Dankzij deze eerste waarneming van fosformonoxide op een komeet kunnen astronomen nu een link leggen tussen stervormingsgebieden, waar het molecuul ontstaat, en onze aarde, waar het een cruciale rol heeft gespeeld bij het ontstaan van leven. Credit:ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Rivilla et al.; ESO/L. Calçada; ESA/Rosetta/NAVCAM; Mario Weigand, www.SkyTrip.de


Fosfor, aanwezig in ons DNA en onze celmembranen, is een essentieel element voor het leven. Maar hoe het op de vroege aarde is aangekomen, is iets mysterieus. Astronomen hebben nu de reis van fosfor uit stervormende regio's naar kometen gevolgd met behulp van de gecombineerde krachten van ALMA en de sonde Rosetta van het Europees Ruimteagentschap.

Fosfor, een bestanddeel van ons DNA en van celmembranen, is een essentieel element voor leven zoals wij dat kennen. Maar hoe het op de jonge aarde is terechtgekomen is enigszins raadselachtig. Met de vereende krachten van ALMA en ESA-ruimtesonde Rosetta hebben astronomen nu getraceerd hoe het fosfor van stervormingsgebieden in kometen belandt. Hun onderzoek laat voor het eerst zien waar fosforhoudende moleculen ontstaan, hoe dit element door kometen wordt meegenomen en hoe een bepaald molecuul een cruciale rol kan hebben gespeeld bij het ontstaan van leven op onze planeet.


Deze animatie toont de belangrijkste resultaten van een onderzoek waarbij de interstellaire connecties van fosfor, een van de bouwstenen van het leven, in kaart zijn gebracht.

‘Het leven op aarde ontstond ongeveer 4 miljard jaar geleden, maar we kennen nog steeds de processen niet die dat mogelijk maakten’, zegt Victor Rivilla, de hoofdauteur van het nieuwe onderzoek waarvan de resultaten vandaag in het tijdschrift Monthly Notices of the Royal Astronomical Society zijn gepubliceerd. De nieuwe resultaten van de Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA), waarin de Europese Zuidelijke Sterrenwacht (ESO) een partner is, en van het ROSINA-instrument aan boord van Rosetta, laten zien dat fosformonoxide een sleutelrol speelt in het vraagstuk van de oorsprong van het leven.


ALMA-opname van het stervormingsgebied AFGL 5142

Door met ALMA het stervormingsgebied AFGL 5142 nauwkeurig af te speuren, konden de astronomen aanwijzen waar fosforhoudende moleculen, zoals fosformonoxide, ontstaan. Nieuwe sterren en planetenstelsels vormen zich in wolken van gas en stof tussen de sterren, en dat maakt deze interstellaire wolken de ideale locaties om de zoektocht naar de bouwstenen van het leven te beginnen.

De ALMA-waarnemingen lieten zien dat fosforhoudende moleculen ontstaan bij de vorming van zware sterren. Gasstromen van jonge zware sterren veroorzaken holtes in interstellaire gaswolken. Door de gezamenlijke werking van schokgolven en straling van de jonge ster ontstaan fosforhoudende moleculen bij de ‘wanden’ van deze holtes. De astronomen hebben ook vastgesteld dat fosformonoxide het meest voorkomende fosforhoudende molecuul in de holtewanden is.

Na dit molecuul met ALMA in stervormingsgebieden te hebben opgespoord, boog het Europese onderzoeksteam zich over een object van ons zonnestelsel: de inmiddels overbekende komeet 67P/Churyumov–Gerasimenko. Het idee was om het spoor van deze fosforhoudende verbindingen te volgen. Als zo’n holtewand instort om een nieuwe ster – met name een minder zware ster zoals onze zon – te vormen, kunnen fosformonoxidemoleculen bevriezen en opgesloten raken in de ijzige stofdeeltjes die rond een nieuwe ster achterblijven. Zelfs nog voordat de vorming van de ster is voltooid, klonteren deze stofdeeltjes samen tot steentjes, rotsblokken en uiteindelijk kometen, die als transporteurs van het fosformonoxide gaan fungeren.


Rosetta-opname van komeet 67P/Churyumov-Gerasimenko


Deze animatie, gebaseerd op echte gegevens van ESA-missie Rosetta, toont komeet 67P/Churyumov-Gerasimenko.


Locatie van AFGL 5142 in het sterrenbeeld Voerman


Deze video opent met een overzichtsfoto van de hemel in het sterrenbeeld Voerman. Vervolgens wordt ingezoomd op het recent met ALMA waargenomen stervormingsgebied AFGL 5142.


Deze overzichtsfoto toont het gebied in het sterrenbeeld Voerman war is stervormingsgebied AFGL 5142 zich bevindt. De foto is opgebouwd uit opnamen die gemaakt zijn in het kader van de Digitized Sky Survey 2.
Credit:ESO/Digitized Sky Survey 2. Acknowledgement: Davide De Martin

Fosfor, aanwezig in ons DNA en onze celmembranen, is een essentieel element voor het leven. Maar hoe het op de vroege aarde is aangekomen, is iets mysterieus. Astronomen hebben nu de reis van fosfor uit stervormende regio's naar kometen gevolgd met behulp van de gecombineerde krachten van ALMA en de sonde Rosetta van het Europees Ruimteagentschap.
Deze video opent met een overzichtsfoto van de hemel in het sterrenbeeld Voerman. Vervolgens wordt ingezoomd op het recent met ALMA waargenomen stervormingsgebied AFGL 5142.

Het instrument ROSINA, wat staat voor Rosetta Orbiter Spectrometer for Ion and Neutral Analysis, verzamelde in de twee jaar dat Rosetta om 67P cirkelde gegevens van de komeet. In deze gegevens hadden astronomen al aanwijzingen gevonden dat er fosfor aanwezig was, maar ze wisten niet door welk molecuul het was aangedragen. Kathrin Altwegg, hoofdonderzoeker voor ROSINA en co-auteur van dit nieuwe onderzoek, kreeg een idee over wat dit molecuul zou kunnen zijn nadat ze tijdens een conferentie was benaderd door een astronoom die zich bezighield met ALMA-waarnemingen van stervormingsgebieden: ‘Zij zei dat fosformonoxide een heel voor de hand liggende kandidaat zou zijn, en toen ik onze data nog eens bekeek zag ik het!’

Dankzij deze eerste waarneming van fosformonoxide op een komeet kunnen astronomen nu een link leggen tussen stervormingsgebieden, waar het molecuul ontstaat, en onze aarde.

‘De combinatie van de gegevens van ALMA en ROSINA heeft uitgewezen dat het stervormingsproces een soort chemische rode draad vertoont, waarin fosformonoxide de hoofdrol speelt’, zegt Rivilla, die als onderzoeker is verbonden aan de Arcetri-sterrenwacht van INAF, het Nationale Instituut voor Astrofysica van Italië.

‘Fosfor is van vitaal belang voor leven zoals wij dat kennen’, voegt Altwegg daaraan toe. ‘Omdat kometen hoogstwaarschijnlijk grote hoeveelheden organische verbindingen op aarde hebben afgeleverd, zou het fosformonoxide dat in komeet 67P is aangetroffen het verband tussen kometen en het leven op aarde wel eens kunnen versterken.’

Deze intrigerende zoektocht kon met bewijzen worden gestaafd dankzij de gezamenlijke inspanningen van astronomen uit verschillende vakgebieden. ‘De detectie van fosformonoxide is duidelijk te danken aan een interdisciplinaire uitwisseling tussen telescopen op aarde en instrumenten in de ruimte’, zegt Altwegg.

Leonardo Testi, ESO-astronoom en Europees Operationeel Manager van ALMA, concludeert: ‘Het begrijpen van onze kosmische oorsprong, inclusief de vraag hoe algemeen de chemische omstandigheden die gunstig zijn voor het ontstaan van leven zijn, is een belangrijk onderwerp in de moderne astrofysica. Waar ESO en ALMA zich richten op de waarnemingen van moleculen in verre jonge planetenstelsels, wordt de directe verkenning van de chemische inventaris van ons zonnestelsel mogelijk gemaakt door ESA-missies zoals Rosetta. De synergie tussen deze toonaangevende faciliteiten op de aarde en in de ruimte is een grote aanwinst voor Europese onderzoekers en maakt baanbrekende ontdekkingen zoals die in dit artikel mogelijk.’

https://www.eso.org/public/netherlands/ ... 1/?lang=nl

[univers]

Bouwstenen van het leven gespot op Rosetta's komeet hint naar de samenstelling van zijn geboorteplaats

Observaties van ESA's Rosetta-ruimtevaartuigen werpen licht op de mysterieuze samenstelling van komeet 67P / Churyumov-Gerasimenko, en onthult een mix van verbindingen waarvan wordt gedacht dat ze essentiële voorlopers van het leven zijn - inclusief ammoniumzouten en een bepaald type koolwaterstoffen.

Deze nieuwe studies suggereren dat de komeet dit materiaal ophaalde uit de presolaire wolk waar het zonnestelsel 4,6 miljard jaar geleden werd gevormd.

Kometen hebben een kern bestaande uit ijs en stof, waaruit materiaal sublimeert wanneer het wordt verwarmd door zonlicht om een ​​gasvormig omhullend 'coma' te vormen. Deze coma's bevatten een mix van moleculen die grotendeels overeenkomen met theoretische voorspellingen, met één opmerkelijke uitzondering: stikstofgas , dat meestal in veel kleinere hoeveelheden aanwezig is dan verwacht.

"De reden voor deze stikstofdepletie is een belangrijke open vraag gebleven in de komeetkunde", zegt Kathrin Altwegg van de Universiteit van Bern, Zwitserland, hoofdonderzoeker voor het Rosetta Orbiter Spectrometer voor ionen- en neutrale analyse (ROSINA) instrument en hoofdauteur van een nieuwe studie.

"Met behulp van ROSINA-waarnemingen van Comet 67P ontdekten we dat deze 'ontbrekende' stikstof in feite kan worden vastgebonden in ammoniumzouten die moeilijk te detecteren zijn in de ruimte."

Ammoniak, een molecuul dat één stikstof en drie waterstofatomen omvat, is een van de belangrijkste dragers van vluchtige stikstof en combineert gemakkelijk met verschillende zuren die in zowel de ruimte tussen sterren als in kometenijs worden gevonden om zouten te vormen. Van deze ammoniumzouten wordt gedacht dat ze het uitgangspunt vormen voor veel complexere verbindingen - zoals ureum en glycine , waarvan de laatste ook te vinden is op de komeet van Rosetta - die bekend staan ​​als voorlopers van het leven zoals we dat op aarde kennen.


Deze afbeelding toont zouten van ammoniumchloride (NH 4 Cl).

Waarnemingen uitgevoerd door ESA's Rosetta-ruimtevaartuig bij komeet 67P / Churyumov-Gerasimenko, onthulden bewijs van ammoniumzouten bij de komeet. De ontdekking biedt een mogelijke verklaring voor het stikstofdepletie- mysterie, suggererend dat de 'ontbrekende' stikstof in feite kan worden vastgebonden in ammoniumzouten die moeilijk te detecteren zijn in de ruimte.

Ammoniak, een molecuul dat één stikstof en drie waterstofatomen omvat, is een van de belangrijkste dragers van vluchtige stikstof en combineert gemakkelijk met verschillende zuren die in zowel de ruimte tussen sterren als in kometenijs worden gevonden om zouten te vormen. Van deze ammoniumzouten wordt gedacht dat ze het uitgangspunt vormen voor veel complexere verbindingen - zoals ureum en glycine , waarvan de laatste ook te vinden is op de komeet van Rosetta - die bekend staan ​​als voorlopers van het leven zoals we dat op aarde kennen.

Het vinden van ammoniumzouten op de komeet is enorm opwindend vanuit een astrobiologisch perspectief," voegt Kathrin toe. "Deze ontdekking laat zien hoeveel we kunnen leren van deze intrigerende hemellichamen."

Kathrin en collega's gebruikten ROSINA-gegevens die werden verzameld tijdens de laatste fase van de missie, vanaf toen Rosetta in september 2016 nauwe viaducten van de komeet uitvoerde. Deze gegevens waren enigszins serendipitous: Rosetta waagde zich dichter bij 67P dan ooit tevoren en bereikte slechts 1,9 km boven de komeet oppervlak, en werd volledig gehuld in stof.

"Vanwege de stoffige omgeving bij de komeet en de rotatie van de aarde konden we destijds niet gemakkelijk via onze antennes communiceren met Rosetta en moesten we wachten tot de volgende ochtend om onze communicatieverbinding te herstellen", zegt Kathrin.

'Niemand van ons heeft die nacht goed geslapen! Maar zowel Rosetta als ROSINA hebben zich uiteindelijk perfect gedragen, de meest overvloedige en meest uiteenlopende massaspectra ooit gemeten en veel verbindingen onthuld die we nog nooit eerder op 67P hadden gezien. ”


Artist impression van de naderende komeet 67P / Churyumov-Gerasimenko van ESA.
Het komeetbeeld werd op 2 augustus 2014 genomen door de navigatiecamera van het ruimtevaartuig op een afstand van ongeveer 500 km.
Het ruimteschip en de komeet zijn niet op schaal.

Als aanvulling op dit onderzoek van 67P, maakte een ander recent onderzoek gebruik van een ander instrument op Rosetta, de zichtbare en infrarood warmtebeeldspectrometer (VIRTIS), die tot mei 2015 actief was om de eigenschappen van de komeetkern te onderzoeken.

De onderzoekers verkenden verschillende miljoenen infraroodspectra verzameld met VIRTIS en ontdekten duidelijke tekenen van waterstof- en koolstofketens die bekend staan ​​als organische alifatische verbindingen - de eerste keer dat dergelijke verbindingen op het oppervlak van een komeetkern werden gespot.

"Waar - en wanneer - waar deze alifatische verbindingen vandaan komen, is enorm belangrijk, omdat ze worden beschouwd als essentiële bouwstenen van het leven zoals we die kennen," legt hoofdauteur Andrea Raponi van INAF, het nationale instituut voor astrofysica in Italië, uit.

"De oorsprong van materiaal zoals dit gevonden in kometen is cruciaal voor ons begrip van niet alleen ons zonnestelsel, maar planetaire systemen in het heelal."

Kometen worden vanuit de buitenste gebieden van het zonnestelsel naar binnen geslingerd naar de zon en kunnen tijdens het reizen materiaal naar de binnenplaneten brengen. Men denkt dat dit materiaal afkomstig is van de jonge, nog steeds vormende zon, of van het interstellaire medium.


OSIRIS groothoekcamera-opname gemaakt op 13 januari 2016, toen Rosetta 86,7 km verwijderd was van Comet 67P / Churyumov – Gerasimenko. De schaal is 8,49 m / pixel.

We ontdekten dat de kern van komeet 67P een samenstelling heeft die vergelijkbaar is met het interstellaire medium, wat aangeeft dat de komeet ongewijzigd presolair materiaal bevat", zegt co-auteur Fabrizio Capaccioni, ook van INAF en hoofdonderzoeker voor VIRTIS.

"Deze compositie wordt ook gedeeld door asteroïden en sommige meteorieten die we op aarde hebben gevonden, wat suggereert dat deze oude, rotsachtige lichamen verschillende verbindingen hebben afgesloten van de oerwolk die het zonnestelsel ging vormen."

"Dit kan betekenen dat ten minste een fractie van de organische verbindingen in het vroege zonnestelsel rechtstreeks afkomstig was van het bredere interstellaire medium - en dus dat andere planetaire systemen mogelijk ook toegang hebben tot deze verbindingen," voegt Raponi toe.

Rosetta verkende Comet 67P meer dan twee jaar en beëindigde zijn missie door op 30 september 2016 op de komeet te landen.

"Hoewel de operaties van Rosetta meer dan drie jaar geleden zijn beëindigd, biedt het ons nog steeds een ongelooflijke hoeveelheid nieuwe wetenschap en blijft het een echt baanbrekende missie", voegt Matt Taylor, Rosetta Project Scientist van ESA toe.

“Deze studies hebben een aantal open vragen in de komeetwetenschap aangepakt: waarom kometen uitgeput raken in stikstof en waar kometen hun materiaal vandaan halen. Inspirerende ontdekkingen zoals deze helpen ons veel meer te begrijpen over niet alleen kometen zelf, maar ook over de geschiedenis, kenmerken en evolutie van onze hele kosmische buurt. ”

http://www.esa.int/Science_Exploration/ ... birthplace