Astronomer har visat hur organiska makromolekyler bildas

 

Ett internationellt forskarlag under ledning från universitetet i Bern har använt observationsbaserad datormodellering för att hitta en förklaring till hur makromolekyler på kort tid kan bildas i skivor av gas och stoft runt unga stjärnor.

 Organiska makromolekyler betraktas som livets byggstenar då de är av avgörande betydelse för den för livet viktiga sammansättningen av kol och kväve i jorden. Planetforskare har länge antagit att de organiska makromolekyler som gör jorden lämplig för liv kommer från så kallade kondriter. Steniga byggstenar som jorden bildades av för cirka 4,6 miljarder år sedan och som vi  kallar meteoriter.

Kondriter bildas i de tidiga stadierna genom att stoft och små partiklar ansamlas i den protoplanetära skiva som bildas runt en ung stjärna. Men hittills har frågan varit hur makromolekyler bildades i denna sten.

Forskare under ledning av Niels Ligterink presenterar nu en förklaring till detta i en studie som just publicerats i Nature Astronomy. Ligterink, studiens huvudförfattare, arbetade vid avdelningen för rymdforskning och planetvetenskap vid universitetet i Bern fram till slutet av juni 2024 och är nu biträdande professor vid det tekniska universitetet i Delft."Makromolekylär materia som sådan är förklaringen till jordens sammansättning av kol och kväve och skapade förutsättningar för liv", förklarar Ligterink. Än så länge har det dock inte varit klarlagt var i rymden denna makromolekylära materia bildas.

I den aktuella studien har forskargruppen, som satts samman av Ligterink, kombinerat två redan kända fenomen i sin modell. Det första är fenomenet att det i stoftskivan som kretsar kring en ung stjärna finns områden där stoft och is ansamlas. I en sådan stoft- eller isfälla förblir det isiga stoftet inte stillastående, utan är i rörelse och viktiga mekanismer för bildandet av så kallade planetesimaler, föregångare till byggstenar för planeter, äger rum.

Det andra fenomenet handlar om kraftig bestrålning, till exempel av kosmisk strålning från stjärnor och av enkla isblandningar. Laboratorieforskning har visat att mycket komplexa molekyler med hundratals atomer i storlek kan bildas genom bestrålning. Dessa molekyler innehåller mestadels kolatomer och kan jämföras med svart sot och grafen.

Om det som forskarna antog fanns stoftfällor som också utsattes för intensivt stjärnljus, skulle organiska makromolekyler mycket väl kunna bildas där. För att testa sin hypotes ställde forskarna upp en modell som gjorde det möjligt  att beräkna olika förhållanden. Modellen visade att under rätt förhållanden är det möjligt att det bildas makromolekyler på bara några decennier. – Vi hade naturligtvis förväntat oss det här resultatet, men det var en trevlig överraskning att det var så uppenbart, beskriver forskningsledaren Ligterink. – Jag hoppas att forskningen kommer att ägna mer uppmärksamhet åt hur tung strålning påverkar komplexa kemiska processer. De flesta forskare fokuserar på relativt små organiska molekyler med några tiotal atomer i storlek, medan kondriter, byggstenarna för planeter, mest innehåller stora makromolekyler.

Studien publicerades som The rapid formation of macromolecules in irradiated ice of protoplanetary disk dust traps. By: Niels F.W. Ligterink, Paola Pinilla, Nienke van der Marel, Jeroen Terwisscha van Scheltinga, Alice S. Booth, Conel M. O’D. Alexander, My E.I. Riebe. In: Nature Astronomy.

Bild wikipedia på en makromolekyl (vilket betyder en stor molekyl) i detta fall Molekylstrukturen av hemoglobin. Ett protein som finns i röda blodkroppar hos människan och många djur.