De James Webb Space Telescope (JWST) heeft geschiedenis geschreven door complexe organische moleculen (COM’s) te detecteren die bevroren zijn in het stof rond een jonge ster in de Grote Magelhaense Wolk (LMC), een sterrenstelsel net buiten onze eigen Melkweg. Deze ontdekking markeert de eerste keer dat deze cruciale ingrediënten voor het leven zijn waargenomen in een protoster buiten onze galactische omgeving.
De LMC, een dwergstelsel op ongeveer 163.000 lichtjaar afstand van de aarde, biedt een uniek kosmisch laboratorium voor astronomen. Het is rijk aan gas en stof, maar bevat minder zware elementen vergeleken met de Melkweg. Dit verschil in samenstelling kan ons helpen begrijpen hoe de organische chemie zich in het vroege heelal ontwikkelde.
Marta Sewiło en haar team aan de Universiteit van Maryland gebruikten het krachtige Mid-Infrared Instrument (MIRI) van JWST om door de kolkende wolken rond de massieve protoster ST6 te turen. In deze ijskoude omgeving zijn moleculen zoals aceetaldehyde, azijnzuur, ethanol, methanol en methylformiaat geïdentificeerd als ijzige coatings op stofkorrels. Deze COM’s zijn bekend op aarde; we gebruiken ze in industriële processen of komen ze tegen in alledaagse producten als azijn (azijnzuur) en alcoholische dranken (ethanol en methanol). Maar hun betekenis gaat verder dan hun aardse gebruik.
Op kosmische schaal fungeren deze moleculen als bouwstenen voor nog complexere structuren – de ‘tweede generatie’ moleculen die essentieel zijn voor het leven zoals wij dat kennen, zoals aminozuren en RNA-componenten. De ontdekking van deze basisingrediënten, bevroren in ijskoude lijkwaden rond ST6, biedt een momentopname van de allereerste stadia van de vorming van sterren en planeten.
Een glimp van de vroege chemie
Deze detectie is baanbrekend omdat het veel moeilijker is om COM’s in hun ijzige toestand te detecteren dan ze als gassen te observeren. Hoewel er al eerder gasfase-COM’s rond jonge sterren zijn gevonden, bieden hun bevroren tegenhangers waardevolle aanwijzingen over de voortgang van de chemie in deze opkomende sterrenkraamkamers.
Voordat de kern van een protoster aanzienlijk opwarmt, schommelt de temperatuur rond het absolute nulpunt, waardoor complexe moleculen kunnen stollen op stofkorrels zoals ijzige coatings. Naarmate de kern heter wordt, sublimeert dit ijs (gaat direct over van vast naar gas), waardoor de COM’s vrijkomen zodat verdere chemische reacties kunnen plaatsvinden. Deze gasfase maakt de synthese mogelijk van nog ingewikkelder moleculen die cruciaal zijn voor het leven: propanol, propanal en mogelijk aminozuren.
Deze moeten echter nog worden gedetecteerd rond ST6. De aanwezigheid van bevroren COM’s rond deze protoster biedt een kijkje in de oersoep waarin sterren worden geboren, wat duidt op de geleidelijke assemblage van complexe organische moleculen die uiteindelijk tot leven op onze planeet hebben geleid.
Onbeantwoorde vragen: de jacht gaat door
Hoewel het team verschillende specifieke COM’s heeft bevestigd, bracht hun analyse ook ten minste veertien ongeïdentificeerde absorptielijnen in het ST6-spectrum aan het licht – potentiële vingerafdrukken van onbekende moleculen. Onder deze onbekende stoffen bevindt zich glycolaldehyde, een belangrijke voorloper van ribose, een essentieel onderdeel van RNA. Hoewel veelbelovend, zijn verdere laboratoriumstudies nodig om de aanwezigheid ervan definitief te bevestigen.
“Het is waarschijnlijk dat er meer COM’s aanwezig zijn in het ijs rond ST6”, benadrukt Sewiło, waarmee hij de enorme uitgestrektheid van deze kosmische puzzel benadrukt die nog moet worden onderzocht. “Onze resultaten benadrukken de behoefte aan meer laboratoriumexperimenten.”
Deze baanbrekende ontdekking door JWST opent een nieuw hoofdstuk in ons begrip van hoe de bouwstenen van het leven ontstaan te midden van de chaos van de geboorte van sterren. De LMC, met zijn unieke chemische omgeving, wordt zelfs nog belangrijker als plek om deze vroege stadia van de organische evolutie nauwkeurig te onderzoeken en inzicht te krijgen in de tijdlijn voor de opkomst van leven in het hele universum.
