En internationell forskargrupp ledd av en postdoktor vid University of Virginia's Department of Astronomy identifierade en rik organisk kemi i unga skivor som omger 50 nybildade stjärnor.

Med hjälp av observationer från Atacama Large Millimeter/submillimeter Array-teleskopet i Chile – känt som ALMA – ger fynden astronomer en större förståelse för de mekanismer som är ansvariga för bildandet av organiska molekyler i rymden, vid gryningen av planetbildningen.

Mångfalden av organiska molekyler som identifierats väcker också en viktig fråga för astronomer:Hur vanligt är det kemiska arvet hos dessa skivor? Eftersom skivor runt unga stjärnor är kända för att vara platserna för framtida planetbildning, att förstå deras prebiotiska potential är nyckeln. Resultaten av Star and Planet Formation Laboratory i Japans RIKEN-kluster för banbrytande forskning publicerades den 23 mars av American Astronomical Society i Astrofysisk tidskrift .

"Denna forskning kommer att hjälpa oss att testa vår nuvarande kunskap om den kemiska utvecklingen som pågår i skivorna av nybildade stjärnor, sa Yao-Lun Yang, huvudförfattare till uppsatsen och en postdoktor i Origins med Virginia Initiative on Cosmic Origins, baserad på UVA:s institution för astronomi. Yang var en Japan Society for the Promotion of Science-stipendiat vid RIKEN, ett nationellt vetenskapligt forskningsinstitut i Japan när han började arbeta med projektet med andra forskare knutna till RIKEN, universitetet i Tokyo, Frankrikes Institut de Planétologie et d'Astrophysique de Grenoble, och andra institutioner.

"Vi undersökte den kemiska sammansättningen av materialet där dessa protoplanetära skivor och planeter växer från, och det vi fann ganska intressant var utbudet av komplexa molekyler vi observerade, "Yang sa. "Även där vi observerade ett brett spektrum av totala mängder av specifika organiska molekyler, vi hittade fortfarande ett liknande kemiskt mönster bland de olika regionerna vi studerade."

Studerar Perseus Molecular Cloud

Stjärnor bildas från interstellära moln, som består av gas och damm, via gravitationssammandragning. Dessa unga stjärnor är omgivna av skivor, som har potential att utvecklas till planetsystem. Att identifiera den ursprungliga kemiska sammansättningen av dessa bildande skivor kan ge ledtrådar till ursprunget till planeter som jorden, sa Yang.

Den RIKEN-baserade forskningen fokuserade på 50 källor inbäddade i Perseus molekylära moln, som innehåller unga protostjärnor med protoplanetära skivor som bildas runt dem. Även med kraften i ALMA-teleskopet, det tog mer än tre år, under flera projekt, för att fylla i undersökningen. Genom att observera emissionen som emitteras av molekyler vid specifika frekvenser, laget studerade mängden metanol, acetonitril, metylformiat, dimetyleter, och större organiska ämnen – en aldrig tidigare skådad undersökning av "komplexa" organiska molekyler i ett stort urval av unga stjärnor av soltyp.

Enligt undersökningen, 58% av källorna innehöll stora organiska molekyler, medan 42% av källorna inte visade några tecken på dem. Förvånande, den totala mängden av en given molekyl uppmätt visade en stor variation, mer än 100 gånger skillnaden, även för sådana liknande stjärnor. Vissa källor visade sig vara rika på organiska molekyler, även om de hade relativt lite material kring protostjärnan. Andra hade få organiska egenskaper, trots en stor mängd material som omger protostjärnan. Ändå, de relativa kvantiteterna var anmärkningsvärt lika.

Det faktum att vissa system har väsentligt mer eller mindre totalt organiskt innehåll tyder på att den lokala miljöns evolutionära historia kan ha en kritisk inverkan på den molekylära sammansättningen i de resulterande planetsystemen. Även om de kemiska mönstren mellan systemen verkar vara relativt lika, vissa diskar kan ha "tur" med mer organisk rikedom jämfört med andra.

Sådana frågor kommer förhoppningsvis att besvaras i framtiden genom ansträngningar att följa den organiska reservoaren över tid genom att utöka undersökningar till ännu yngre eller mycket äldre system, sa Yang.