Pressmeddelande

Metanol upptäcks för första gången i en skiva där nya planeter bildas

15 juni 2016

Den organiska molekylen metylalkohol (metanol) har upptäckts av ALMA (Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array) i den protoplanetära skivan runt stjärnan TW Hydrae. Det är första gången som denna förening upptäckts i en skiva där unga planeter håller på att bildas. Metanol är den hittills enda komplexa organiska molekyl som upptäckts i skivor och som entydigt har ett isigt ursprung. Upptäckten hjälper astronomer att förstå de kemiska processer som pågår när planetsystem föds och som slutligen leder till att ingredienserna för liv skapas.

Den protoplanetära skivan omkring den unga stjärnan TW Hydrae är den närmast kända i sitt slag, på ett avstånd av 170 ljusår till jorden. Som sådant är det ett utmärkt mål för astronomer som vill studera sådana skivor. Detta system liknar hur astronomer tror att solsystemet såg ut när det bildades för mer än fyra miljarder år sedan.

ALMA (Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array) är världens kraftfullaste observatorium för forskare som vill kartlägga den kemiska sammansättningen och fördelningen av kall gas i sådana närliggande skivor. Dessa unika förmågor har nu utnyttjats av en grupp astronomer som leds av Catherine Walsh vid Leidenobservatoriet, Nederländerna, för att undersöka kemin i TW Hydrae:s protoplanetära skiva.

Observationerna med ALMA har för första gången i en protoplanetär skiva avslöjat fingeravtrycken av metylalkohol, eller metanol (CH₃OH), i gasform. Metanol, ett derivat från metan, är en av de största komplexa organiska molekyler som hittills upptäckts i sådana skivor. Att kunna hitta metanol hos förstadierna till planetsystem är en milstolpe mot att kunna förstå hur organiska molekyler införlivas i framväxande planeter.

Metanol själv är dessutom en byggsten för att bilda mer komplexa molekyler som är av grundläggande prebiotisk betydelse, som aminosyror. Därför spelar också metanol en viktig roll i bildandet av den rika organiska kemin som behövs för liv.

Catherine Walsh, som är förstaförfattare till forskningsartikeln, förklarar.

– Att upptäcka metanol i en protoplanetär skiva visar vilken unik förmåga ALMA har för att undersöka den komplexa organiska isreservoaren i skivor. Då kan vi för första gången titta bakåt i tiden mot ursprunget till den kemiska komplexiteten i en planeternas barnkammare hos en ung, sollik stjärna, säger hon.

Upptäckten av metanol i gasform i en protoplanetär skiva är av unik betydelse inom astrokemin. Andra molekyler som upptäckts i rymden kan bildas antingen tack vare kemiska reaktioner mellan gaser, eller reaktioner mellan gaser som sker med hjälp av fasta ytor. Metanol är ett komplext organiskt ämne som i rymden endast bildas på de fasta ytor hos stoftpartiklar.

ALMA:s skarpa syn har dessutom gjort det möjligt för astronomer att kartlägga hur metanolgasen är fördelad i skivan hos TW Hydrae. De upptäckte både bevis för en ringliknande struktur, men också en tydlig signal från metanolgas alldeles intill stjärnan [1].

Observationen av metanol i sin gasform och dess fördelning tyder på att metanolmoleklyerna bildades först på skivans isiga stoftpartiklar, för att sedan släppas fria som metanolgas. Att metanolgas nu upptäckts hjälper forskare att lösa gåtan om hur metanol förvandlas från is till gas [2], och ger dessutom insikter om kemiska processerna i astrofysiska miljöer [3].

– Metanol i sin gasform i skivan pekar otvetydigt på att här pågår komplexa organiska kemiska processer i ett tidigt stadium när en stjärna och dess planeter bildas. Dessa resultat har en inverkan på vår förståelse av hur organiska ämnen ackumuleras i väldigt unga planetsystem, tillägger Ryan A. Loomis, en av medförfattarna till forskningsartikeln.

Denna framgångsrika första upptäckt av kall metanolgas i en protoplanetär skiva ger grönt ljus för vidare studier av iskemi och dess produkter i skivor. Detta i sin tur banar väg för framtida studier av komplex organisk kemi på ställen där planeters föds. I jakten efter planeter som kan uppehålla liv, har astronomer nu tillgång till ett nytt, kraftfullt verktyg.

Noter

[1] En ring av metanol mellan 30 och 100 astronomiska enheter (ae) från stjärnan stämmer väl överens med metanolmätningarna som ALMA gjort. En sådan struktur stödjer dessutom hypotesen att merparten av skivans isreservoar främst befinner sig på ytan av stora (upp till millimeterstora) stoftpartiklar som befinner sig i de inre 50 ae, där de frikopplats från gasen och drivit inåt mot stjärnan.

[2] Forskarna diskuterar i sin studie utöver termisk desorption (där metanol släpps vid temperaturer som är högre än dess sublimeringstemperatur), även andra troliga mekanismer, bland dem fotondesorption av ultravioletta fotoner och reaktiv desorption. Mer detaljerade ALMA-observationer skulle kunna peka ut ett av dessa scenarier som det mest troliga.

[3] För att kunna förstå kemin hos planeter som föds är det viktigt att kunna fastställa hur den kemiska sammansättningen i skivans mittplan förändras med avstånd från stjärnan, och i synnerhet vill man veta var de så kallade snölinjerna ligger. Snölinjen markerar gränsen bortom vilken ett visst flyktigt kemiskt ämne fryser fast på stoftpartiklar. Upptäckten av metanol även i skivans kalla yttre delar visar att metanolet kan undfly stoftpartiklarna vid temperaturer som är mycket lägre än temperaturen som annars krävs för att termisk desorption ska vara möjligt (sublimationstemperaturen).

Mer information

Forskningsresultaten presenteras i en forskningsartikel med titeln “First detection of gas-phase methanol in a protoplanetary disk”, av Catherine Walsh m. fl., och publiceras i tidsskriften Astrophysical Journal, volym 823, nummer 1.

Forskarlaget består av Catherine Walsh (Leidenobservatoriet, Universitetet i Leiden, Leiden, Nederländerna), Ryan A. Loomis (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge, Massachusetts, USA), Karin I. Öberg (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge, Massachusetts, USA), Mihkel Kama (Leidenobservatoriet, Universitetet i Leiden, Leiden, Nederländerna), Merel L. R. van't Hoff (Leidenobservatoriet, Universitetet i Leiden, Leiden, Nederländerna), Tom J. Millar (School of Mathematics and Physics, Queen’s University Belfast, Belfast, Storbritannien), Yuri Aikawa (Center for Computational Sciences, Tsukubas universitet, 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) och Hideko Nomura (Department of Earth and Planetary Science, Tokyo Kogyo-universitetet, Tokyo, Japan).

ESO, Europeiska sydobservatoriet, är Europas främsta samarbetsorgan för astronomisk forskning och världens mest produktiva astronomiska observatorium. Det stöds av 16 länder: Belgien, Brasilien, Danmark, Finland, Frankrike, Italien, Nederländerna, Polen, Portugal, Schweiz, Spanien, Storbritannien, Sverige, Tjeckien, Tyskland och Österrike. ESO:s ambitiösa verksamhet rör design, konstruktion och drift av avancerade markbaserade forskningsanläggningar som gör det möjligt för astronomer att göra banbrytande vetenskapliga upptäckter. ESO spelar dessutom en ledande roll i att främja och organisera samarbeten inom astronomisk forskning. ESO driver tre unika observationsplatser i Chile: La Silla, Paranal och Chajnantor. Vid Paranal finns Very Large Telescope, världens mest avancerade observatorium för synligt ljus, och två kartläggningsteleskop. VISTA arbetar i infrarött ljus och är världens största kartläggningsteleskop och VST (VLT Survey Telescope) är det största teleskopet som konstruerats enbart för att kartlägga himlavalvet i synligt ljus. ESO är en huvudpartner i ALMA, världens hittills största astronomiska projekt. Och på Cerro Armazones, nära Paranal, bygger ESO det europeiska extremt stora 39-metersteleskopet för synligt och infrarött ljus, E-ELT. Det kommer att bli ”världens största öga mot himlen”.

Länkar

• Forskningsartikeln

• Tidigare ALMA observationer av organiska ämnen i skivan

• Bilder på ALMA

• Andra pressmeddelanden med ALMA

Kontakter

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

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

Johan Warell (Presskontakt för Sverige)
ESO:s nätverk för vetenskaplig kommunikation
Skurup, Sverige
Tel: +46-706-494731
E-post: eson-sweden@eso.org

Connect with ESO on social media