Astronomen leggen uit hoe organische macromoleculen worden gevormd

Met behulp van computermodellen op basis van waarnemingen heeft een internationaal team van onderzoekers onder leiding van Nederland een verklaring gevonden voor hoe macromoleculen zich in korte tijd kunnen vormen in schijven van gas en stof rond jonge sterren. Ze publiceren hun bevindingen vandaag in het vakblad. Natuur Astronomie.

Planetaire onderzoekers hebben lang aangenomen dat de organische macromoleculen die de aarde geschikt maken voor leven afkomstig zijn van chondrieten. Dit zijn oude en primitieve meteorieten gemaakt van gegroepeerde kiezelstenen. Maar tot nu toe bleef de vraag hoe die samengeklonterde steentjes macromoleculen werden. Onderzoekers van onder meer de Technische Universiteit Delft en Leiden hebben daar nu een verklaring voor.

Combinatie van vallend stof en straling.
De onderzoekers combineren in één model twee fenomenen die al in het echte leven zijn waargenomen. De eerste is het fenomeen dat er in de stofschijf die rond een jonge ster draait, gebieden zijn waar stof en ijs zich ophopen. In zo’n stofval of ijswaterval blijft het bevroren stof niet stil staan, maar beweegt het op en neer.

Het tweede fenomeen draait om de sterke instraling, bijvoorbeeld van sterrenlicht, van eenvoudige ijsmengsels. Laboratoriumonderzoek heeft aangetoond dat door bestraling zeer complexe moleculen van honderden atomen groot kunnen worden gevormd. Deze moleculen bevatten voornamelijk koolstofatomen en zijn te vergelijken met roet en grafeen.

Als er volgens de onderzoekers stofvangers zijn die worden blootgesteld aan het bombardement van sterrenlicht, is het heel goed mogelijk dat zich daar organische macromoleculen vormen. Om hun hypothese te testen, creëerden de onderzoekers een model waarmee ze verschillende omstandigheden konden berekenen.

De tekst gaat verder na de video.

Animatie van een stofval. (c) ESO/L. Calçada (diverse videoformaten)

Macromolecuul in een paar decennia.
Het model toonde aan dat, onder de juiste omstandigheden, macromoleculen zich in slechts enkele decennia kunnen vormen.

“Natuurlijk hadden we dit resultaat wel verwacht, maar dat het zo voor de hand liggend was, was een aangename verrassing”, zegt onderzoeksleider Niels Ligterink. Hij zal tot juli aan de Universität Bern in Zwitserland werken en daarna naar de TU Delft komen. “Ik hoop dat collega’s meer aandacht gaan besteden aan het effect van intense straling op complexe chemische processen. De meeste onderzoekers richten zich op relatief kleine organische moleculen, enkele tientallen atomen groot, terwijl chondrieten vooral macromoleculen bevatten.”

“Het is echt fantastisch dat we nu een op observatie gebaseerd model kunnen gebruiken om uit te leggen hoe grote moleculen kunnen ontstaan”, zegt co-auteur Nienke van der Marel van de Universiteit Leiden. Elf jaar geleden waren zij en haar collega’s de eersten die onomstotelijk aantoonden dat stofvangers bestonden en sindsdien hebben ze aan dit onderwerp gewerkt. “Ons onderzoek is een unieke combinatie van astrochemie, ALMA-waarnemingen, laboratoriumwerk, stofevolutie en de studie van meteorieten in ons zonnestelsel.”

In de toekomst willen onderzoekers zien hoe verschillende soorten stofvangers anders reageren op straling en bewegende stofstromen. Zo kunnen ze meer vertellen over de mogelijkheden van leven rond verschillende soorten exoplaneten en sterren.

Wetenschappelijk artikel
De snelle vorming van macromoleculen in ijs dat wordt bestraald door de stofvangers van protoplanetaire schijven. Door: Niels FW Ligterink, Paola Pinilla, Nienke van der Marel, Jeroen Terwisscha van Scheltinga, Alice S. Booth, Conel M. O’D. Alexander, mijn EI Riebe. In: Natuur Astronomie. (origineel | voordruk (pdf)) Artistieke weergave van een stofvanger. De stofvanger biedt een veilige haven voor de kleine deeltjes op de schijf, waardoor ze samen kunnen klonteren en groot genoeg kunnen worden om zelfstandig te overleven. (c) ESO/L. Calçada (diverse maten)