Astronomer finder simple byggesten til liv i iskold egn af Mælkevejen

I et isnende koldt område af vores galakse Mælkevejen er der lige nu ved at blive dannet nye stjerner og planeter.

Men hvilke byggesten er til stede, og hvordan samler de sig, så der kan opstå nye verdener og nye solsystemer?

Hidtil har den slags spørgsmål været svære for astronomerne at besvare helt præcist, men med hjælp fra verdens mest avancerede rumteleskop, James Webb, er det nu lykkedes at lave en stor kortlægning af, hvilke byggesten der er til stede, før planeter og stjerner begynder at blive dannet.

»Når vi studerer stjerner og planeter, som er ved at blive dannet lige nu, hjælper det os også til at besvare nogle af de helt store spørgsmål om, hvor vi selv kommer fra, og hvordan Jorden og Solen er opstået,« siger Lars Kristensen, som er lektor ved Niels Bohr Institutet på Københavns Universitet og medforfatter til det nye studie.

Det hele begynder med is

I det nye studie har rumteleskopet James Webb rettet sit skarpe, infrarøde blik mod en isnende kold sky af støv og gas, kaldet Chameleon I. Skyen befinder sig cirka 500 lysår fra Jorden.

I dette iskolde område af Mælkevejen er flere unge stjerner og planeter netop nu ved at blive dannet. Det nye studie afslører, at bittesmå isklumper udgør de indledende byggesten til stjernerne og planeterne.

Flere af de små isklumper består af velkendte organiske molekyler – den slags som udgør ingredienser til liv. Dermed kan fremtidige studier med James Webb potentielt også hjælpe med at gøre os klogere på, hvordan ingredienserne til liv er kommet frem til Jorden, lyder det fra forskerne bag studiet.

»James Webbs observationer er helt fænomenale. De åbner et nyt vindue til at studere det reservoir af interstellar is, som udgør startbetingelserne for dannelsen af planeter,« siger astrofysiker David Wilner fra Harvard & Smithsonian i USA, som ikke har været en del af det nye studie, til Videnskab.dk.

Støvkorn er molekyle-fabrikker

Forskerne har længe været overbeviste om, at stjerner – også vores egen stjerne Solen – og deres tilhørende planeter bliver dannet i kolde og tætte skyer af gas og støv.

Men spørgsmålet er, hvilke atomer og molekyler der findes i skyen, og hvordan de ender med at blive inkorporeret i dannelsen af unge stjerner, forklarer Lars Kristensen:

»Man har længe haft en formodning om, at komplekse organiske molekyler som metanol (træsprit, red.) og ethanol (finsprit, red.) bliver dannet som is på overfladen af bittesmå støvkorn i skyen. Så støvkornene virker som små fabrikker, der hjælper med at samle molekylerne,« forklarer Lars Kristensen.

»Men hidtil har det kun været en teori. Man har manglet en ’smoking gun’ til at bevise, at molekylerne dannes på overfladen af støvkorn,« tilføjer han.

Nyt fund er ‘smoking gun’

Ifølge Lars Kristensen udgør James Webbs nye observationer netop de brikker i puslespillet, som astronomerne hidtil har manglet. Og det viser, at støvkornene spiller en vigtig rolle for at få dannet de mere komplekse molekyler, der ender som byggesten i nye solsystemer, forklarer han.

»Det er den smoking gun, vi har manglet. Nu kan vi se molekylerne i isen, og vi kan begynde at kortlægge deres vej fra skyen og ned mod de nye solsystemer, som er ved at blive dannet,« siger Lars Kristensen.

Forskerne fandt en række stoffer i Chameleon I-skyen, som er almindelige på Jorden, herunder is (frosset vand) og frosne udgaver af eksempelvis kuldioxid, ammoniak, metan og metanol.

»Vores resultater giver indsigt i det tidlige, mørke kemi-stadie, hvor isen først bliver dannet på interstellare støvkorn, der vokser til centimeter-størrelse småsten, hvorfra planeter dannes i skiver,« siger studiets førsteforfatter, Melissa McClure, som er astronom ved Leiden Observatorium i Holland og desuden medlem af Center for Interstellar Katalyse (InterCat) ved Aarhus Universitet.

»Vores observationer åbner et nyt vindue mod de forskellige måder, der kan dannes simple og komplekse molekyler, som er nødvendige for at lave livets byggesten,« tilføjer hun i en pressemeddelelse.

Råmaterialet til biologiske molekyler

David Wilner, som ikke har været en del af studiet, er enig i, at studiet kan gøre os klogere på forudsætningerne for at skabe den verden, vi lever i.

»James Webbs detektion af disse ismolekyler i en interstellar sky tyder på, at de kemiske forhold, som gik forud for skabelsen af vores eget solsystem, sandsynligvis er almindelige i andre planetsystemer,« siger David Wilner, som er astrofysiker ved Smithsonian Astrophysical Observatory og direktør for afdelingen for radio- og geoastronomi på Center for Astrophysics på Harvard & Smithsonian i USA.

»Disse ismolekyler kan udgøre råmaterialet til komplekse biomolekyler,« fortsætter han.

Selvom astronomerne kalder deres fund for »komplekse organiske molekyler«, understreger de, at der langt fra er tale om noget, der minder om liv.

‘En biolog ville grine af os’

»Vi kalder det komplekse molekyler, men en biolog ville sikkert grine af os og sige, at molekylerne ikke er komplekse. Men man skal huske på, at der er ekstreme tilstande i rummet med temperaturer på omkring minus 260 grader og ekstremt lav tæthed og tryk,« siger Lars Kristensen.

»Så under den slags forhold er det ret vildt at tænke på, at der kan skabes så komplekse organiske molekyler,« tilføjer han.

En udbredt teori lyder, at byggestenene til liv på Jorden – altså de vigtige organiske stoffer – blev fragtet hertil med is-kometer og asteroider, som ramlede ned på overfladen tidligt i Jordens historie. Men nogle af stofferne kan også have været til stede allerede i den store sky og støv og gas, som dannede udgangspunkt for skabelsen af Jorden, Solen og resten af vores solsystem.

»En mulighed er også, at de mere komplekse organiske molekyler fra skyen kan ende op i kometer og måske senere være blevet bragt til Jorden, når kometerne er braget ind i den unge jord. Men det er spekulation og noget af det, som vi håber at studere nærmere med James Webb i de kommende år,« siger Lars Kristensen.

Sådan ser James Webb molekylerne

Selvom James Webb-teleskopet får ros for at have et uhyre skarpt blik, kan teleskopet ikke direkte se de bittesmå ismolekyler i skyen Chameleon I.

I stedet udnytter forskerne, at der omme bagved skyen er stjerner, som udsender lys. Når lyset rammer skyen, bliver en del af lyset absorberet af molekylerne i skyen.

Det smarte er, at forskellige slags molekyler vil absorbere forskellige bølgelængder af lys, og dermed kan forskerne aflæse et kemisk fingeraftryk fra specifikke molekyler i lyset fra stjernerne, forklarer Lars Kristensen.

»Vi kan se, at ved nogle bølgelængder af lyset bliver der absorberet mere lys end ved andre bølgelængder. Det gør der, fordi specifikke molekyler netop absorberer lyset,« siger Lars Kristensen og tilføjer, at det alt sammen foregår ved infrarøde bølgelængder af lyset – det infrarøde lys er nemlig James Webbs speciale.

»Det, som overraskede mig mest, var, at vi rent faktisk kunne se virkelig klare og tydelige tegn på, at komplekse organiske molekyler findes som is i skyen. Vi havde ikke regnet med, at vi kunne se dem så klart og tydeligt. Der er ikke noget at være i tvivl om,« siger Lars Kristensen.

ALMA ser molekyler på gasform

Han understreger, at det ikke er første gang, at man har identificeret molekyler i skyer af støv og gas, som er i færd med at danne nye solsystemer.

Hidtil har Lars Kristensen eksempelvis været med til at jagte molekyler med det kraftige ALMA-teleskop i Chile og fundet flere af de samme stoffer som i det nye studie – bare på gasform.

ALMA kan nemlig kun kan se molekyler på gasform, og dermed har de faste stoffer – is-molekylerne – været ’usynlige’ for forskerne, forklarer Lars Kristensen.

»Vi har formodet, at molekylerne vi ser som gas, blev dannet på overfladen af støvkornene i form af is – nu ved vi, at det er tilfældet,« siger Lars Kristensen og slutter: