13. März 2024: JWST findet Ethanol und andere eisige Zutaten für Welten

Was haben Margaritas, Essig und Ameisenstiche gemeinsam?
Sie enthalten chemische Bestandteile, die das James Webb-Weltraumteleskop der NASA in der Umgebung
zweier junger Protosterne namens IRAS 2A und IRAS 23385 identifiziert hat.
Obwohl sich um diese Sterne noch keine Planeten bilden, stellen diese und andere von Webb dort entdeckte
Moleküle Schlüsselbestandteile für die Entstehung potenziell bewohnbarer Welten dar .

Ein internationales Astronomenteam identifizierte mit Webbs MIRI (Mid-Infrared Instrument) eine Vielzahl eisiger Verbindungen,
die aus komplexen organischen Molekülen wie Ethanol (Alkohol) und wahrscheinlich Essigsäure (einem Inhaltsstoff von Essig) bestehen.
Diese Arbeit baut auf früheren Webb-Erkennungen auf aus verschiedenen Eissorten in einer kalten, dunklen Molekülwolke.


Bild A: Parallelfeld zum Protostern IRAS 23385 (MIRI-Bild):


Bild:NASA, ESA, CSA, W. Rocha (Leiden University)

Dieses Bild bei einer Wellenlänge von 15 Mikrometern wurde mit MIRI (dem Mittelinfrarot-Instrument)
am James Webb-Weltraumteleskop der NASA von einer Region in der Nähe des Protosterns aufgenommen,
die als IRAS 23385 bekannt ist.
IRAS 23385 und IRAS 2A (in diesem Bild nicht sichtbar) waren Ziele für eine aktuelle Forschungsarbeit eines
internationalen Astronomenteams, das mithilfe von Webb herausgefunden hat,
dass die Schlüsselzutaten für die Entstehung potenziell bewohnbarer Welten in Protosternen im
Frühstadium vorhanden sind, in denen sich noch keine Planeten gebildet haben.


Was ist der Ursprung komplexer organischer Moleküle (COMs)?

„Dieser Befund trägt zu einer der seit langem bestehenden Fragen in der Astrochemie bei“,
sagte Teamleiter Will Rocha von der Universität Leiden in den Niederlanden.
„Was ist der Ursprung komplexer organischer Moleküle oder COMs im Weltraum?
Werden sie in der Gasphase oder in Eis hergestellt?
Der Nachweis von COMs in Eis legt nahe, dass chemische Festphasenreaktionen auf den
Oberflächen kalter Staubkörner komplexe Arten von Molekülen bilden können.“

Da mehrere COMs, darunter auch die in dieser Forschung in der festen Phase entdeckten,
zuvor in der warmen Gasphase nachgewiesen wurden, geht man heute davon aus,
dass sie aus der Sublimation von Eis stammen.
Unter Sublimation versteht man den direkten Übergang vom Feststoff in den Gaszustand,
ohne dabei flüssig zu werden.
Daher gibt der Nachweis von COMs im Eis den Astronomen Hoffnung auf ein besseres
Verständnis der Ursprünge anderer, noch größerer Moleküle im Weltraum.

Wissenschaftler möchten außerdem untersuchen, in welchem ​​Ausmaß diese COMs in viel späteren
Stadien der protostellaren Entwicklung zu Planeten transportiert werden.
Es wird angenommen, dass COMs in kaltem Eis leichter von Molekülwolken zu planetenbildenden Scheiben
transportiert werden können als warme, gasförmige Moleküle.
Diese eisigen COMs können daher in Kometen und Asteroiden eingebaut werden,
die wiederum mit sich bildenden Planeten kollidieren und so die Zutaten für das Gedeihen von Leben liefern können.

Das Wissenschaftsteam entdeckte auch einfachere Moleküle, darunter Ameisensäure
(die das Brennen eines Ameisenstichs verursacht), Methan, Formaldehyd und Schwefeldioxid.
Untersuchungen legen nahe, dass schwefelhaltige Verbindungen wie Schwefeldioxid eine wichtige
Rolle bei der Steuerung von Stoffwechselreaktionen auf der Urerde spielten.


Bild B: Komplexe organische Moleküle in IRAS 2A:


Bild: Illustration: NASA, ESA, CSA, L. Hustak (STScI). Science: W. Rocha (Leiden University).

MIRI (Mid-Infrared Instrument) des James Webb-Weltraumteleskops der NASA hat eine Vielzahl komplexer organischer Moleküle identifiziert,
die im interstellaren Eis rund um zwei Protosterne vorkommen.
Zu diesen Molekülen, die Schlüsselbestandteile für die Schaffung potenziell bewohnbarer Welten sind, gehören Ethanol, Ameisensäure,
Methan und wahrscheinlich Essigsäure in der festen Phase.
Das Ergebnis stammt aus der Untersuchung zweier Protosterne, IRAS 2A und IRAS 23385, die beide so jung sind, dass sie noch keine Planeten bilden.


Ähnlich wie in den frühen Stadien unseres eigenen Sonnensystems?

Von besonderem Interesse ist, dass eine der untersuchten Quellen, IRAS 2A, als Protostern mit geringer Masse charakterisiert ist.
IRAS 2A ähnelt daher möglicherweise den frühen Stadien unseres eigenen Sonnensystems.
Daher könnten sich die um diesen Protostern herum identifizierten Chemikalien in den ersten Entwicklungsstadien unseres
Sonnensystems befunden und später auf die Urerde gebracht haben.

„Alle diese Moleküle können Teil von Kometen und Asteroiden und schließlich neuen Planetensystemen werden,
wenn das eisige Material im Zuge der Entwicklung des protostellaren Systems nach innen in die planetenbildende Scheibe transportiert wird“,
sagte Ewine van Dishoeck von der Universität Leiden, einer der Koordinatoren von das Wissenschaftsprogramm.
„Wir freuen uns darauf, diese astrochemische Spur in den kommenden Jahren Schritt für Schritt mit weiteren Webb-Daten zu verfolgen.“

Diese Beobachtungen wurden für das Programm JOYS+ (James Webb Observations of Young ProtoStars) gemacht.
Das Team widmete diese Ergebnisse dem Teammitglied Harold Linnartz, der im Dezember 2023, kurz nach der Annahme dieser Arbeit, unerwartet verstarb.