Saturnus måne Titan ger oss ny kunskap om hur livet uppkom.

 

Bild wikipedia Här visas de olika lagren av dis i Titans övre atmosfär. Bilden är tagen i det ultravioletta spektrumet.

Forskare vid Chalmers tekniska högskola har tillsammans med NASA  gjort en förvånad upptäckt som utmanar en av kemins grundregler och ger ny kunskap om månen Titan. I den iskalla  miljön där kan ämnen som normalt sett är oförenliga likväl blandas. Det är en upptäckt som ger oss större förståelse av kemin före livets uppkomst på jorden.  Docent Martin Rahm vid institutionen för kemi och kemiteknik på Chalmers har länge arbetat med  att förstå vad som sker på Titan.

 Forskarna har i en ny artikel beskrivet att metan, etan och vätecyanid finns i stor mängd i Titans atmosfär och på dess yta. Dessa ämnen kan på Titan interagera på ett sätt som  inte ansetts möjligt förrän nu. Att vätecyanid vilket är en exceptionellt polär molekyl (en molekyl som har en positiv och en negativ sida, vilket innebär att den har ett dipolmoment), kan bilda kristaller med helt opolära ämnen som metan och etan är förvånande eftersom sådana ämnen normalt håller sig strikt åtskilda, ungefär som olja och vatten. (Kan till viss del jämföras med om en stavmagnet skulle visa sig dra till sig trä)

Bakgrunden till Chalmersstudien var en obesvarad fråga om Titan: Vad händer med cyanväte efter att det har bildats i Titans atmosfär?

– Det ledde till ett spännande teoretiskt och experimentellt samarbete mellan Chalmers och NASA. Frågan vi ställde oss var : Kan mätningarna förklaras av en kristallstruktur där metan eller etan blandas med vätecyanid? Det strider mot en regel inom kemin, "lika löser sig lika", som i princip innebär att det inte ska vara möjligt att kombinera dessa polära och opolära ämnen, beskriver Martin Rahm.

Titan som är Saturnus största måne och en av vårt solsystems  ovanliga världar  kan ha gemensamma drag med jordens tidiga utveckling. Titan är omgiven av en tjock atmosfär som till största delen består av kväve och metan, en sammansättning som kan likna atmosfären på jorden för miljarder år sedan, innan liv uppstod på jorden. Solljus och annan strålning från rymden får dessa molekyler att reagera med varandra vilket är anledningen till att Titan är höljd i ett kemiskt komplext orangefärgat dis bestående av organiska (dvs. kolrika) föreningar. Ett av de  ämnen som skapas är vätecyanid.

På Titans extremt kalla yta finns sjöar och floder av flytande metan och etan. Det är den enda kända platsen i vårt solsystem förutom jorden, där vätskor bildar sjöar på ytan. Titan har väder och årstider. Det blåser, det bildas moln och det regnar, om än i form av metan istället för vatten. Mätningar visar också att det sannolikt finns ett stort hav bestående av flytande vatten flera kilometer under den kalla ytan där i princip liv kan finnas. 

Forskarnas artikel om studien har publicerats i den vetenskapliga tidskriften PNAS. 

Malströmsgalaxen (M51 eller NGC 5194) här pågar stor stjärnbildning

 

Heta stjärnor bildas i några av de kallaste områdena i universum oftast i stora moln av gas och stoft som sträcker sig genom hela galaxer. För att undersöka de tidiga faserna av stjärnbildning när gas gradvis kondenseras för att så småningom bilda stjärnor måste vi först identifiera dessa områden, beskriver Sophia Stuber, doktorand vid MPIA i Heidelberg och huvudförfattare till en forskningsartikel (se nedan).

För detta ändamål mäts vanligtvis strålningen som avges av specifika molekyler som är särskilt rikligt förekommande i dessa extremt kalla och gastäta zoner. Astronomer mäter i allmänhet halten av molekyler som HCN (vätecyanid; även känt som blåsyra) och N2H+ (diazenylium) för detta ändamål. Tack vare det storskaliga observationsprogrammet SWAN (Surveying the Whirlpool at Arcseconds with NOEMA) har forskarna nu kunnat göra dessa mätningar över ett stort område i en annan galax och inte varit begränsade till mätningar i Vintergatan. SWAN-teamet använder NOEMA (Northern Extended Millimeter Array), en radiointerferometer som finns i de franska alperna för att studera fördelningen av strålning från flera molekyler inom de centrala 20 000 ljusåren inom Malströmsgalaxen (Messier 51). De 214 timmar av observationer i  programmet  kompletterades med ytterligare cirka 70 timmars observationer från en annan kartläggning gjorda av ett 30-meters teleskop i södra Spanien.

En av ledarna i SWAN-projektet är professor Frank Bigiel från Argelanderinstitutet för astronomi vid universitetet i Bonn. Han påtalar att ”spektrallinjerna för de olika molekylerna gör att vi kan dra mycket specifika slutsatser om gasens fysikaliska egenskaper, till exempel dess densitet. Detta gör det möjligt för oss att göra en detaljerad studie av vilka förhållanden i det interstellära mediet som bidrar till stjärnbildning i galaxer. För första gången är vi nu i en position där vi kan undersöka stora delar av en galax och med en högre upplösning än någonsin tidigare, så vi kan skilja mellan enskilda stjärnbildningsområden”.

Då Malströmsgalaxen bara ligger 28 miljoner ljusår bort är det möjligt att studera egenskaper hos enskilda gasmoln i så olika områden, som galaxens  centrum och dess spiralarmar.

Medan intensiteten i strålningen som avges av vätecyanid och diazenylium längs med spiralarmarna eller i galaxens centrum har astronomerna funnit en markant skillnad i galaxens centrala region, där ljusstyrkan som avges av vätecyanid är mycket mer signifikant. Med andra ord verkar det finnas en mekanism som gör att vätecyaniden lyser starkare här än i spiralarmarna en skillnad som inte kan ses från diazenylium. Forskarlaget misstänker att anledningen till detta fenomen kan finnas i Malströmsgalaxens aktiva galaxkärna, en högenergirik zon som omger det massiva svarta hålet i dess centrum. Innan gasen faller in i det svarta hålet trycks den in i en skivform, accelereras till höga hastigheter och värms upp till tusentals grader Celsius genom friktion. Detta gör att den avger intensiv strålning vilket kan förklara en del av den extra strålningen från vätecyanidmolekylerna. Men vi behöver fortfarande undersöka i detalj vad som får de två gaserna att  bete sig olika, tillägger Eva Schinnerer, forskargruppschef vid MPIA och en av ledarna för SWAN-projektet.

Forskningsartikeln är skriven av Sophia K. Stuber, Jerome Pety, Eva Schinnerer, et al., "Kartläggning av virveln vid Arcseconds med NOEMA (SWAN). I. Kartläggning av HCN- och N2H+ 3mm-linjerna", och publicerad i Astronomy & Astrophysics (2023). DOI: 10.1051/0004-6361/202348205

Bild vikipedia Malströmsgalaxen. Bilden är tagen av Rymdteleskopet Hubble år 2001

Viktig ingrediens för liv hittad på månen Enceladus.

 

En av Saturnus månar, ismånen Enceladus är cirka 500 kilometer i diameter, vilket motsvarar en knapp sjättedel av vår månes diameter.

I en ny studie visas  från data som NASA:s Cassini samlade in vid Saturnus isiga måne under sina överflygningar 2005, 2008, 2010, 2011 och där bevis för en viktig ingrediens för liv och en överladdad energikälla för att driva det hittades.

Forskare har vetat att de gigantiska plymer av iskorn och vattenånga som kastas ut från Saturnus måne Enceladus är rika på organiska föreningar av vilka några är viktiga för livet som vi känner det. Nu har forskare som analyserat data från NASA:s Cassini-uppdrag upptäckt bevis för möjligt liv där, ett steg längre: De har hittat en stark bekräftelse på att här finns vätecyanid, en molekyl som är nyckeln till livets uppkomst.

Forskarna upptäckte också bevis för att havet som finns under månens isiga yttre skal och kastas ut i plymer (gejsrar), innehåller en kraftfull källa till kemisk energi. Energikällans ursprung är hittills oidentifierad men gejsrarna består av flera organiska föreningar, varav en del finns på jorden och här  fungerar som bränsle för organismer.

Studiens resultat publicerades torsdagen den 14 december i Nature Astronomy, tyder på att det kan finnas mycket mer kemisk energi i denna måne än man tidigare trott. Ju mer energi som finns tillgänglig desto mer sannolikt är det att liv kan föröka sig och upprätthållas i dess hav under ytan.

Vårt arbete ger ytterligare bevis på att Enceladus har några av de viktigaste molekylerna för att både skapa livets byggstenar och upprätthålla det livet genom metaboliska reaktioner, beskriver huvudförfattaren Jonah Peter, doktorand vid Harvard University som utförde mycket av forskningen medan han arbetade vid NASA:s Jet Propulsion Laboratory i södra Kalifornien. Enceladus verkar inte bara uppfylla de grundläggande kraven för liv vi har nu även en uppfattning om hur komplexa biomolekyler som kan bildas där och vilken typ av kemiska vägar som kan vara inblandade, tillägger Peter.

Bild vikipedia av Enceladus tagen av Cassinifarkosten vid dess besök över Enceladus okänt vilket av dem.