ALMA findet überraschend komplexe organische Moleküle bei Protosternen

Ein Infrarotbild der Großen Magellanschen Wolke. Das kleine Bild zeigt die untersuchte Sternentstehungsregion mit den Protosternen, in deren Umgebung ALMA die organischen Moleküle registriert hat. (Credits: NRAO / AUI / NSF; ALMA (ESO / NAOJ / NRAO); Herschel / ESA; NASA / JPL-Caltech; NOAO)
Ein Infrarotbild der Großen Magellanschen Wolke. Das kleine Bild zeigt die untersuchte Sternentstehungsregion mit den Protosternen, in deren Umgebung ALMA die organischen Moleküle registriert hat. (Credits: NRAO / AUI / NSF; ALMA (ESO / NAOJ / NRAO); Herschel / ESA; NASA / JPL-Caltech; NOAO)

Die als Große Magellansche Wolke bekannte nahe Zwerggalaxie ist chemisch betrachtet ein primitiver Ort. Im Gegensatz zur Milchstraßen-Galaxie fehlt es dieser halbspiralförmigen Ansammlung von einigen Milliarden Sternen an schweren Elementen wie Kohlenstoff, Sauerstoff und Stickstoff. Bei einem solchen Mangel an schweren Elementen sagen Astronomen voraus, dass die Große Magellansche Wolke eine verhältnismäßig geringe Menge an komplexen, kohlenstoffbasierten Molekülen enthalten sollte. Frühere Beobachtungen der Großen Magellanschen Wolke schienen diese Ansicht zu unterstützen.

Neue Beobachtungen mit dem Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) haben jedoch die überraschend deutlichen chemischen "Fingerabdrücke" der komplexen, organischen Moleküle Methanol, Dimethylether und Ameisensäuremethylester offenbart. Obwohl frühere Beobachtungen Hinweise auf Methanol in der Großen Magellanschen Wolke fanden, sind die beiden letztgenannten Moleküle beispiellose Funde und repräsentieren die komplexesten Moleküle, die bislang zweifelsfrei außerhalb unserer Galaxie nachgewiesen wurden.

Astronomen registrierten das schwache "Leuchten" der Moleküle in Millimeter-Wellenlängen. Es stammt von zwei dichten, sternbildenden "Embryos" in der Großen Magellanschen Wolke, die als "heiße Kerne" bezeichnet werden. Diese Beobachtungen könnten Einblicke in die Entstehung ähnlich komplexer, organischer Moleküle in der Frühzeit des Universums geben.

"Obwohl die Große Magellansche eine unserer nächstgelegenen galaktischen Begleiterinnen ist, gehen wir davon aus, dass sie einige verblüffende chemische Ähnlichkeiten mit fernen, jungen Galaxien im frühen Universum aufweisen sollte", sagte Marta Sewilo, eine Astronomin am Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt (Maryland). Sie ist die Hauptautorin einer Abhandlung, die in den Astrophysical Journal Letters erscheint.

Astronomen bezeichnen diesen Mangel an schweren Elementen als "geringe Metallizität". Es braucht mehrere Generationen entstehender und sterbender Sterne, um eine Galaxie mit schweren Elementen anzureichern, die dann von der nachfolgenden Sterngeneration aufgenommen und zu den Bausteinen neuer Planeten werden.

"Junge, primordiale Galaxien hatten einfach nicht genug Zeit, um chemisch so angereichert zu werden", sagte Sewilo. "Zwerggalaxien wie die Große Magellansche Wolke behielten dieselbe jugendliche Zusammensetzung aufgrund ihrer relativ geringen Massen, die die Sternentstehungsraten drastisch verlangsamen."

"Aufgrund ihrer geringen Metallizität gewährt die Große Magellansche Wolke Einblicke in diese frühen, jugendlichen Galaxien", sagte Remy Indebetouw vom National Radio Astronomy Observatory (NRAO) in Charlottesville (Virginia) und Co-Autor der Studie. "Studien zur Sternbildung in dieser Galaxie stellen einen Trittstein dar, um die Sternentstehungsprozesse im frühen Universum zu verstehen."

Die Astronomen konzentrierten sich auf die Sternentstehungsregion N113 in der Großen Magellanschen Wolke – eine der masse- und gasreichsten Regionen in der Galaxie. Frühere Beobachtungen dieser Region mit dem NASA-Weltraumteleskop Spitzer und dem ESA-Weltraumteleskop Herschel enthüllten eine erstaunliche Anzahl junger stellarer Objekte. Dabei handelt es sich um Protosterne, die gerade begonnen haben, ihre stellaren Kinderstuben aufzuheizen, wodurch sie in Infrarotwellenlängen hell leuchten. Zumindest ein Teil dieser Sternentstehungsprozesse geht auf einen Domino-Effekt zurück, bei dem die Bildung massereicher Sterne die Entstehung anderer Sterne in der Umgebung anstößt.

Sewilo und ihre Kollegen nutzen ALMA, um mehrere junge stellare Objekte in dieser Region zu untersuchen und ihre Chemie und Dynamik besser zu verstehen. Die ALMA-Daten offenbarten überraschenderweise die verräterischen Spektralsignaturen von Dimethylether und Ameisensäuremethylester – Moleküle, die bislang noch nicht in so großer Entfernung registriert wurden.

Komplexe organische Moleküle (jene mit sechs oder mehr Atomen inklusive Kohlenstoff) gehören zu den Grundbausteinen der Moleküle, die für Leben auf der Erde und – vermutlich – auch anderswo im Universum unerlässlich sind. Obwohl Methanol verglichen mit anderen organischen Molekülen eine relativ simple Verbindung ist, ist es nichtsdestotrotz entscheidend für die Bildung komplexerer, organischer Moleküle, unter anderem auch für die von ALMA kürzlich beobachteten.

Wenn sich diese komplexen Moleküle leicht in der Umgebung von Protosternen bilden können, ist es wahrscheinlich, dass sie Teil der protoplanetarischen Scheiben von jungen Sternsystemen werden. Solche Moleküle wurden wahrscheinlich von Kometen und Meteoriten auf die junge Erde gebracht, wo sie halfen, die Entwicklung des Lebens auf unserem Planeten anzustoßen.

Da sich komplexe, organische Moleküle in chemisch primitiven Umgebungen wie der Großen Magellanschen Wolke bilden können, ist es nach Meinung der Astronomen möglich, dass das chemische Gerüst für Leben relativ früh in der Geschichte des Universums entstanden sein könnte.

Das National Radio Astronomy Observatory ist eine Einrichtung der National Science Foundation und wird im Rahmen eines Kooperationsvertrags von Associated Universities, Inc. betrieben.

Quelle

(THK)

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