eso1619nb — Pressemelding

Første funn av metanol i planetdannende skive

15. juni 2016

Det organiske molekylet metanol er funnet av Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA) i den protoplanetariske skiven omkring stjernen TW Hydrae. Metanol er det første komplekse organiske molekyl som er påvist i en ung planetdannende skive og så langt den eneste slike forbindelse som med sikkerhet ble skapt i frossen tilstand. Det nye funnet hjelper astronomer å forstå de kjemiske prosesser som foregår når planetsystemer – og omsider livets ingredienser – blir til.

TW Hydrae er den nærmeste stjernen vi kjenner til som har en protoplanetarisk skive omkring seg. Avstanden på bare ca. 170 lysår gjør den til et ypperlig mål for forskere som studerer slike skiver. Man tror dette systemet ligner mye på vårt eget solsystem da det var i ferd med å bli dannet for mer enn fire milliarder år siden.

Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA) er per i dag det kraftigste observatoriet astronomene har for å kartlegge fordelingen av og den kjemiske sammensetningen til kald gass i skiver rundt nære stjerner. En forskergruppe ledet av Catherine Walsh (Leiden-observatoriet i Nederland) har dratt nytte av ALMAs unike egenskaper for å undersøke kjemien i den protoplanetariske skiven rundt TW Hydrae.

Takket være ALMA kunne forskerne for første gang avdekke fingeravtrykkene til metanol (CH3OH) i gassform i en protoplanetarisk skive. Stoffet er et derivat av metan, og er også kjent som metylalkohol og tresprit. Til dags dato er metanol et av de største komplekse organiske molekyler som er oppdaget i slike skiver. Å identifisere metanol i et så tidlig stadium av planetdannelsen er en milepæl i arbeidet med å forstå hvordan organiske molekyler ender opp i framtidige planeter.

Videre er metanol i seg selv en byggestein for mer komplekse stoffer, eksempelvis aminosyreforbindelser, som er avgjørende for framveksten av liv. Metanol spiller således en viktig rolle i oppbyggingen av den varierte organiske kjemien som faktisk er en forutsetning for liv slik vi kjenner det.

«Funnet av metanol i en protoplanetarisk skive demonstrerer hvor godt ALMA er rustet til å kartlegge komplekse organiske stoffer i isforekomstene i slike skiver. For første gang kan vi se opprinnelsen til kompleks kjemi i en planetdannende skive rundt en sollignende stjerne,» forklarer Catherine Walsh, som også er hovedforfatter av forskningsartikkelen.

Metanol i gassform i en protoplanetarisk skive har en spesiell betydning innen astrokjemi. Andre stoffer som er identifisert i verdensrommet, dannes bare i kjemiske reaksjoner mellom stoff i gassform eller en kombinasjon av stoff i gassform og fast form. Metanol er en kompleks organisk forbindelse som utelukkende dannes når den er i fast form – altså som is – gjennom reaksjoner på overflaten av støvkorn.

ALMAs skarpe syn gjorde det også mulig for astronomene å kartlegge hvordan metanolgassen er fordelt gjennom hele skiven rundt TW Hydrae. De oppdaget et ringlignende mønster i tillegg til betydelig stråling fra et område nær stjernen i midten [1].

Observasjonen av metanol i gassform, kombinert med informasjon om gassens fordeling, innebærer at metanolen ble dannet på iskorn i skiven og deretter frigjort som gass. Dette første funnet bidrar med viktige brikker i arbeidet med å forstå både metanols faseovergang fra is til gass [2] og mer generelt de kjemiske prosesser som foregår i universet [3].

«Metanol i gassform i skiven rundt en stjerne er en entydig indikator på at en rekke organiske kjemiske prosesser er til stede på et tidlig stadium av planetdannelsen. Dette resultatet har betydning for vår forståelse av hvordan organisk materiale akkumuleres i virkelig unge planetsystemer,» tilføyer Ryan A. Loomis, medforfatter av forskningsartikkelen.

Denne første identifikasjonen av metanol som kald gass i en protoplanetarisk skive betyr at vi omsider kan begynne å utforske hvordan ulike typer is dannes og hvilke kjemiske reaksjoner som foregår i isen i gryende planetsystemer. Den vil bane vei for framtidige studier av kompleks organisk kjemi i slike systemer. Astronomer har nå enda et nytt kraftig verktøy i jakten på eksoplaneter med de rette betingelser for liv.

Fotnoter

[1] En ring av metanol mellom 30 og 100 astronomiske enheter (AE) fra stjernen er i stand til å reprodusere den fordelingen av metanol som ALMA observerte. ALMA-dataene understøtter hypotesen om at det meste av isen i skiven er å finne på overflaten av større (inntil noen millimeter) støvkorn som befinner seg i området innenfor 50 AE fra stjernen. Disse isbelagte støvkornene har tydeligvis koblet seg fri fra gassen og drevet innover mot stjernen.

[2] Det er flere prosesser som kan frigi metanol i gassform, for eksempel såkalt termisk desorpsjon (se her og her) hvor metanol fordamper fra isen ved temperaturer høyere enn sublimasjonstemperaturen. I denne studien har forskerne mer tro på andre mekanismer, deriblant fotodesorpsjon via UV-stråling og desorpsjon som resultat av kjemiske reaksjoner. Det er nødvendig med mer detaljerte ALMA-observasjoner for å avgjøre hvilken av disse to prosessene som er i aksjon i skiven.

[3] For å forstå kjemien i gryende planeter er det nødvendig å vite hvordan de forskjellige kjemiske stoffene i skivens midtplan endrer seg med avstanden fra stjernen, og spesielt i hvilke avstander de såkalte snøgrensene opptrer. En snøgrense (også kalt snølinje eller frostlinje) angir grensen der et gitt flyktig stoff (volatiler) fryser til is og kleber seg til støvkorn. Funnet av metanolgass også i de kalde, ytre regionene av skiven viser at molekylene er i stand til å unnslippe støvkornene og bli til gass ved temperaturer som er langt lavere enn sublimasjonstemperaturen, altså den som kreves for å sette i gang termisk desorpsjon.

Mer informasjon

Studien presenteres i en forskningsartikkel i Astrophysical Journal (vol. 823, nr. 1): «First detection of gas-phase methanol in a protoplanetary disk» av Catherine Walsh et al.

Forskerteamet består av Catherine Walsh (Leiden Observatory, Leiden University, Leiden, Nederland), Ryan A. Loomis (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge, Massachusetts, USA), Karin I. Öberg (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge, Massachusetts, USA), Mihkel Kama (Leiden Observatory, Leiden University, Leiden, Nederland), Merel L. R. van't Hoff (Leiden Observatory, Leiden University, Leiden, Nederland), Tom J. Millar (School of Mathematics and Physics, Queen’s University Belfast, Belfast, Storbritannia), Yuri Aikawa (Center for Computational Sciences, University of Tsukuba, Tsukuba, Japan), Eric Herbst (Departments of Chemistry and Astronomy, University of Virginia, Charlottesville, Virginia, USA), Susanna L. Widicus Weaver (Department of Chemistry, Emory University, Atlanta, Georgia, USA) og Hideko Nomura (Department of Earth and Planetary Science, Tokyo Institute of Technology, Tokyo, Japan).

Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) er et internasjonalt samarbeid mellom ESO, det amerikanske National Science Foundation (NSF), National Institutes of Natural Sciences (NINS) i Japan samt vertsnasjonen Chile. ALMA finansieres av ESO på vegne av organisasjonens medlemsland, av NSF i samarbeid med National Research Council (NRC) i Canada og National Science Council (NSC) i Taiwan, og av NINS i samarbeid med Academia Sinica (AS) i Taiwan og Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI).

Byggingen og driften av ALMA ledes av ESO på vegne av organisasjonens medlemsland, av National Radio Astronomy Observatory (NRAO), som styres av Associated Universities Inc. (AUI), på vegne av Nord-Amerika, og av National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ) på vegne av Øst-Asia. Joint ALMA Observatory (JAO) står for den overordnede ledelse og administrasjon av byggefasen, oppstart og drift av ALMA.

ESO, European Southern Observatory, er den fremste mellomstatlige astronomiorganisasjonen i Europa og verdens desidert mest produktive astronomiske observatorium. Organisasjonen er finansiert av 16 land: Belgia, Brasil, Danmark, Finland, Frankrike, Italia, Nederland, Polen, Portugal, Spania, Storbritannia, Sveits, Sverige, Tsjekkia, Tyskland og Østerrike, samt vertsnasjonen Chile. ESOs ambisiøse virksomhet fokuserer på design, bygging og drifting av effektive bakkebaserte observasjonsanlegg for å muliggjøre banebrytende vitenskapelige oppdagelser. ESO spiller også en ledende rolle i å fremme og organisere samarbeid innenfor astronomisk forskning. ESO driver tre unike, verdensledende observatorier i Chile: La Silla, Paranal og Chajnantor. Ved Paranal har ESO oppført Very Large Telescope, verdens mest avanserte astronomiske observatorium for synlig lys, og to såkalte kartleggingsteleskoper. VISTA observerer i infrarødt og er verdens største kartleggingsteleskop, mens VLT Survey Telescope er det største teleskopet som er designet utelukkende for himmelkartlegginger i synlig lys. ESO er en viktig partner i ALMA, nåtidens største astronomiprosjekt. På Cerro Armazones, ikke langt fra Paranal, er ESO i ferd med å bygge European Extremely Large Telescope (E-ELT). Med en speildiameter på 39 meter vil dette bli det største «øye» i verden som skuler opp på himmelen.

Linker

Kontakter

Catherine Walsh
Leiden Observatory
Leiden University, The Netherlands
Tlf.: +31 71527 ext 6287
E-post: cwalsh@strw.leidenuniv.nl

Richard Hook
ESO Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Tlf.: +49 89 3200 6655
Mob.: +49 151 1537 3591
E-post: rhook@eso.org

ESO i sosiale medier

Dette er en oversettelse av ESOs pressemelding eso1619 i regi av ESON, et nettverk av personer i ESOs medlemsland (samt noen utenfor ESO, som Norge) som fungerer som lokale mediekontakter i forbindelse med pressemeldinger og andre nyheter fra ESO.

Om pressemeldingen

Pressemld. nr.:eso1619nb
Navn:TW Hydrae
Type:Milky Way : Star : Circumstellar Material : Disk : Protoplanetary
Facility:Atacama Large Millimeter/submillimeter Array
Science data:2016ApJ...823L..10W

Bilder

Kunstnerisk framstilling av skiven rundt den unge stjernen TW Hydrae
Kunstnerisk framstilling av skiven rundt den unge stjernen TW Hydrae
Artist’s impression of the disc around the young star TW Hydrae
Artist’s impression of the disc around the young star TW Hydrae
kun på engelsk
ALMA-bilde av skiven rundt den unge stjernen TW Hydrae
ALMA-bilde av skiven rundt den unge stjernen TW Hydrae

Videoer

Kunstnerisk framstilling av skiven rundt den unge stjernen TW Hydrae
Kunstnerisk framstilling av skiven rundt den unge stjernen TW Hydrae
Metanol i skiven rundt den unge stjernen TW Hydrae
Metanol i skiven rundt den unge stjernen TW Hydrae

Se også