Nieuwe molecuul ontdekt in interstellaire ijs rond protosterren

Rusland - Ekhbary News Agency

Jekaterinenburg, Rusland - In een baanbrekende ontdekking hebben astronomen van de Ural Federal University (UrFU) voor het eerst de molecuul distikstofoxide (N2O), algemeen bekend als lachgas, geïdentificeerd in de ijskoude, dichte omgevingen rond protosterren. Dit interstellaire ijs, dat zich vormt op stofdeeltjes in de koude moleculaire wolken, fungeert als een essentiële 'chemische kraamkamer' voor de vorming van complexe moleculen die de bouwstenen voor leven kunnen vormen. De bevindingen, die worden beschouwd als een significante vooruitgang in de astrochemie, zijn gepubliceerd in het gerenommeerde wetenschappelijke tijdschrift Astronomy and Astrophysics en worden ondersteund door de Russian Science Foundation.

De ontdekking van N2O in het vaste aggregaat van de interstellaire ruimte is bijzonder opmerkelijk. Tot op heden waren er slechts acht moleculen met zekerheid geïdentificeerd in deze ijzige matrices. De toevoeging van distikstofoxide aan deze lijst maakt het de negende bevestigde molecuul. Bovendien meldde het UrFU-team ook de voorlopige detectie van een andere intrigerende molecuul: isosyaanzuur (HNCO). De identificatie van moleculen in de vaste fase van de interstellaire omgeving is aanzienlijk uitdagender dan in de gasfase.

Onderzoekers legden uit dat dergelijke detecties uitsluitend mogelijk zijn in het infrarode spectrum en vereisen dat een nabijgelegen ster de betreffende regio 'verlicht' om de chemische signatuur van de moleculen te kunnen registreren. De gevonden N2O-molecuul is chemisch actiever bij lage temperaturen dan moleculaire stikstof (N2), dat tot nu toe werd beschouwd als de belangrijkste bron van stikstof in de ijzige mantels van stofdeeltjes. Dit suggereert dat N2O een cruciale rol zou kunnen spelen in de vorming van complexere stikstofhoudende verbindingen.

Vartva Karteeva, onderzoeksassistent aan het wetenschappelijk laboratorium voor astrochemisch onderzoek van UrFU, benadrukte het belang van de bevindingen: "De detectie van distikstofoxide in meer dan een dozijn protosterren indiceert dat deze molecuul wijdverspreid is in het interstellaire ijs, en ons onderzoek vertegenwoordigt de eerste zekere detectie van ijzige N2O."

De onderzoekers hebben N2O waargenomen in 16 verschillende protosterren, waarvan 8 zich bevinden in de Orion A-sterformatiegebied. Dit gebied staat bekend om zijn hoge activiteit op het gebied van stervorming en intense ultraviolette straling. De wetenschappers speculeren dat deze intense UV-straling een sleutelrol zou kunnen spelen in de vorming van distikstofoxide binnen het interstellaire ijs. Ondanks deze hypothesen blijven de precieze mechanismen van N2O-synthese echter een actief onderzoeksgebied voor de astrochemici van UrFU.

De rol van interstellaire ijs in kosmische chemie

Interstellair ijs is een cruciaal, zij het vaak over het hoofd gezien, element in het universum. Het bestaat uit een dunne laag bevroren vluchtige stoffen – water, koolmonoxide, koolstofdioxide, methaan, ammoniak en andere moleculen – die zich afzetten op stofdeeltjes in de koude, dichte regio's van interstellaire wolken. Deze ijslagen isoleren de moleculen die erop zijn afgezet en fungeren als reactieoppervlakken waar chemische reacties kunnen plaatsvinden, zelfs bij extreem lage temperaturen. Deze reacties, vaak aangedreven door kosmische straling en UV-licht, kunnen leiden tot de vorming van complexere organische moleculen. Dit proces, bekend als prebiotische chemie, suggereert dat de fundamentele 'bouwstenen' van het leven al worden gevormd in de interstellaire ruimte, voordat planeten überhaupt ontstaan.

Wanneer deze gecondenseerde stofdeeltjes en ijsklonten samenkomen om protoplanetaire schijven te vormen, die op hun beurt planeten voortbrengen, worden deze moleculen geïncorporeerd in de planetesimalen, kometen en asteroïden die de vroege planeten bombarderen. Op die manier kunnen de organische moleculen die in de interstellaire ruimte zijn gesynthetiseerd, worden afgeleverd op de oppervlakken van nieuwe werelden, waardoor de weg wordt vrijgemaakt voor de opkomst van leven zoals wij dat kennen. Het ontdekken van nieuwe moleculen zoals N2O in dit ijzige medium voegt een nieuw, fascinerend hoofdstuk toe aan ons begrip van dit proces.

Distikstofoxide: een veelzijdige molecuul

Distikstofoxide (N2O) is een kleurloos, niet-brandbaar gas met een kenmerkende zoete geur, bekend bij het grote publiek als lachgas. In de aardse atmosfeer speelt het een belangrijke rol als broeikasgas en is het betrokken bij de afbraak van ozon. Op aarde wordt het gebruikt als verdovingsmiddel in de geneeskunde en tandheelkunde, en als drijfgas in spuitbussen voor voedsel.

Zijn chemische eigenschappen maken het echter ook een interessante kandidaat voor kosmische chemie. Als een relatief stabiele molecuul die toch kan reageren onder specifieke omstandigheden, kan N2O dienen als een precursor voor een breed scala aan stikstofhoudende organische verbindingen. Stikstof is een essentieel element voor het leven, een integraal onderdeel van aminozuren (de bouwstenen van eiwitten) en nucleïnezuren (DNA en RNA). De aanwezigheid van N2O in interstellaire ijs suggereert een efficiënte route voor de incorporatie van stikstof in moleculen die uiteindelijk de basis zouden kunnen vormen voor biologische systemen.

De bevinding dat N2O gemakkelijker chemische reacties aangaat bij lage temperaturen dan N2 is van groot belang. Dit betekent dat, hoewel N2 de meest voorkomende vorm van stikstof in de interstellaire ruimte is, N2O een actievere speler zou kunnen zijn in de stikstofchemie in koude, ijzige omgevingen. Dit kan leiden tot de vorming van meer complexe stikstofverbindingen die anders moeilijk te vormen zouden zijn.

Toekomstig onderzoek

De ontdekking van N2O en de mogelijke aanwezigheid van HNCO in interstellaire ijs opent nieuwe wegen voor astrochemisch onderzoek. Wetenschappers willen nu de precieze mechanismen achter de vorming van N2O in deze omgevingen verder ontrafelen. Ze willen ook onderzoeken of vergelijkbare moleculen op andere locaties in het universum, zoals in de vormingsgebieden van andere sterrenstelsels of rond oudere sterren, kunnen worden gedetecteerd. Verdere studies met geavanceerdere telescopen en laboratoriumsimulaties zullen cruciaal zijn om de rol van deze moleculen in de kosmische chemie volledig te begrijpen en hoe ze hebben bijgedragen aan de chemische diversiteit die uiteindelijk de vorming van planeten en mogelijk leven mogelijk maakte.

De rol van UrFU in deze ontdekking onderstreept de groeiende bijdrage van Russische wetenschappers aan de internationale astrochemische gemeenschap. Met de steun van nationale fondsen blijven zij de grenzen van onze kennis over het universum verleggen, van de meest verre sterrenstelsels tot de moleculaire complexiteit in onze directe kosmische omgeving.