Ontdekking: Kosmisch stof bevat organische stof van sterren

Dit verhaal is bijgewerkt om 1:28 uur. EDT.

Een nieuwe kijk op het interstellair stof dat het universum doordringt, heeft hints van organische materie onthuld die van nature door sterren zouden kunnen worden gecreëerd, zeggen wetenschappers.

Onderzoekers aan de Universiteit van Hong Kong observeerden sterren in verschillende evolutionaire fasen en ontdekten dat ze in staat zijn om complexe organische verbindingen te produceren en deze de ruimte in te gooien, waarbij ze de gebieden tussen de sterren vullen. De verbindingen zijn zo complex dat hun chemische structuren lijken op de samenstelling van kolen en petroleum, aldus de hoofdauteur van de studie, Sun Kwok, van de universiteit van Hong Kong.

Men vermoedde dat dergelijke chemische complexiteit alleen uit levende organismen voortkwam, maar de resultaten van de nieuwe studie laten zien dat deze organische verbindingen in de ruimte kunnen worden gecreëerd, zelfs als er geen levensvormen aanwezig zijn. In feite kunnen dergelijke complexe organische stoffen van nature door sterren worden geproduceerd, en in een extreem snel tempo.

"Wat mij het meest indruk maakte, is dat complexe organische stoffen gemakkelijk door sterren worden gevormd, ze zijn overal in onze eigen melkweg en in andere sterrenstelsels", vertelde Kwok ProfoundSpace.org in een e-mailinterview. "De natuur is veel slimmer dan we ons hadden voorgesteld."

De bevindingen van de nieuwe studie werden vandaag online gepubliceerd (26 oktober) door het tijdschrift Nature.

De kosmos scannen in infrarood

Kwok en zijn collega Yong Zhang, ook van de Universiteit van Hong Kong, bestudeerden een reeks bekende maar mysterieuze infraroodemissies in sterren, interstellaire ruimte en sterrenstelsels. Deze verschijnselen, die gezamenlijk Unidentified Infrared Emission (UIE) -kenmerken worden genoemd, zijn al 30 jaar bekend, maar de exacte bron van de emissies is niet vastgelegd en blijft een algemene veronderstelling.

"In de astronomiegemeenschap is algemeen aangenomen dat de UIE-kenmerken worden geëmitteerd door [polycyclische aromatische koolwaterstof- of PAH] -moleculen, die eenvoudige, zuiver aromatische moleculen zijn die zijn gemaakt van koolstof en waterstof," zei Kwok. "Onze paper suggereert dat de PAK-hypothese niet correct is." [Spectaculaire foto's van Nebulas in Deep Space]

Kwok en Zhang analyseerden gegevens van het Infrared Space Observatory van het European Space Agency en NASA's Spitzer Space Telescope om te laten zien dat de Unidentified Infrared Emission-kenmerken niet worden uitgestoten door PAK-moleculen omdat de emissies chemische structuren hebben die veel complexer zijn.

"Ik verdenk dit al vele jaren," zei Kwok. "Nu denken we dat we het bewijs hebben."

De onderzoekers observeerden sterren in verschillende fasen van de sterrenevolutie - eerst sterren met een lage tot gemiddelde massa, daarna met sterren in de protoplanetaire nevelfase, wat een kortstondige episode is tijdens de snelle evolutie van een ster, en tenslotte sterren in de planetaire nevelfase, die wordt gekenmerkt door een uitzettende schaal van geïoniseerd gas dat laat in hun leven door bepaalde soorten sterren wordt uitgeworpen.

Kwok en zijn collega ontdekten dat kenmerken van de niet-geïdentificeerde infraroodemissiefuncties niet konden worden gedetecteerd in sterren met een lage tot gemiddelde massa. Maar de astronomen ontdekten dat de emissies in sterren begonnen te verschijnen in het protoplanetaire nevelstadium en sterker werden naarmate de sterren zich ontwikkelden in de planetaire nevelfase.

"We weten daarom dat deze organische stoffen worden gemaakt in de circumstellar stellaire omgeving," zei Kwok.

Meer verrassingen

Een ander verrassend iets dat ze ontdekten, was hoe snel sterren complexe organische verbindingen genereerden en het stoffige materiaal in hun omgeving uitstootten.

"Omdat we hun dynamische en evolutionaire leeftijden kennen van deze objecten (dynamische leeftijd is hoe snel de nevel zich zal verspreiden, en evolutionaire leeftijd is hoe snel de ster evolueert), kunnen we beperkingen stellen aan de chemische tijdschalen," zei Kwok. "Omdat de dynamiek / evolutielevensduur ongeveer duizenden jaren oud is, suggereert het verschijnen van de spectrale kenmerken dat de organische verbindingen op tijdschalen worden gemaakt die korter zijn dan duizenden jaren."

De onderzoekers bestudeerden ook de uitstoot van exploderende sterren en ontdekten dat deze dynamische kosmische gebeurtenissen nog sneller stof produceerden.

"Hun spectra veranderden van een zuiver gasspectrum naar een stofspectrum op een kwestie van dagen of weken," zei Kwok. "Het plotseling verschijnen van de functies suggereert dat organisch stof extreem snel kan worden gemaakt."

Maar de bevindingen werpen een sleutel in bestaande theorieën die stellen dat sterren dergelijke complexe organische verbindingen niet kunnen produceren in de nabije vacuümomgeving van de ruimte.

"Theoretisch is het erg moeilijk te begrijpen vanwege de zeer lage dichtheid van de circumstellaire omgeving," zei Kwok. "Maar er bestaat geen twijfel over de waarneming dat deze spectrale kenmerken verschijnen en veranderen op zeer korte tijdschalen, wat betekent dat deze organische vaste stoffen direct uit de gasfase condenseren."

Sterrenstof en het vroege zonnestelsel

De wetenschappers ontdekten ook dat de chemische structuur van organisch sterrenstof vergelijkbaar is met complexe organische stoffen in meteorieten. Omdat meteorieten afkomstig zijn van ruimtesteenresten die overblijfselen zijn van het vroege zonnestelsel, suggereren de resultaten van de studie dat sterren het vroege zonnestelsel met organische verbindingen hadden kunnen verrijken, zei Kwok.

"Het is heel goed mogelijk dat de organische stoffen in meteorieten resten van sterrenstof in de zonne-nevel zijn," legde hij uit. "Het sterrenstof [werd] uitgeworpen door nabijgelegen planetaire nevel [s] en overleefde de reis door de melkweg."

Vroeg in de geschiedenis van de aarde werd de planeet in een regen van meteorieten en kometen gebombardeerd gedurende een periode die bekend staat als het Late Zware Bombardement. Aangezien de organische verbindingen in meteorieten vergelijkbaar zijn met wat werd aangetroffen in stellair stof, tonen de resultaten van deze nieuwe studie aan dat het spervuur ā€‹ā€‹van meteorieten die tijdens het Late Zware Bombardement op aarde vielen, organisch sterrenstof kon hebben vervoerd.

Hoewel het misschien te vroeg is om te bepalen of deze organische stoffen een rol speelden bij het starten van de ontwikkeling van het leven op aarde, is het zeker een mogelijkheid, zei Kwok. [Extremophiles: World's Weirdest Life]

"Als dit het geval is, kan het leven op aarde gemakkelijker zijn begonnen, omdat deze organische stoffen als basisingrediënten voor het leven kunnen dienen," zei hij.

Nader onderzoek op dit gebied zal nodig zijn, en Kwok is van plan om verdere infraroodwaarnemingen verder te analyseren om de chemische structuur van organisch sterrenstof beter vast te leggen. Hij is ook geïnteresseerd in het bestuderen van hoe en waarom sterren in staat zijn om complexe organische stoffen te produceren zo snel als ze lijken.

"Steenkool en kerogeen zijn producten van het leven en het duurde lang voor ze zich vormden," zei Kwok. "Hoe maken sterren zulke gecompliceerde organische stoffen onder schijnbaar ongunstige omstandigheden en [doen] het zo snel?"