Metanol, en viktig byggsten för de komplexa organiska föreningar som består av liv, har upptäckts för första gången i protoplanetskivan hos en unge, avlägsen stjärna. Detta fynd kan hjälpa forskare att bättre förstå kemin som inträffar under en planets bildning som i slutändan kan leda till uppkomsten av liv.

Forskare gjorde metanolupptäckten kring TW Hydrae, en stjärna som är ungefär 80 procent av vår sols massa och ungefär 5 miljoner till 10 miljoner år gammal. Det representerar en yngre version av hur vårt solsystem kan ha sett ut under dess bildande för mer än 4 miljarder år sedan. På cirka 170 ljusår bort, TW Hydrae har den protoplanetära skivan som ligger närmast jorden.

Metanolen verkar vara belägen i en ring med en topp 30 astronomiska enheter från stjärnan. (En astronomisk enhet, eller AU, är det genomsnittliga avståndet mellan jorden och solen, eller cirka 93 miljoner miles.)

Denna metanolgas kom troligen från metanolis som ligger något längre bort från stjärnan. Forskarna detaljerade sina resultat i tidningen, "Första upptäckten av gasfasmetanol i en protoplanetarisk skiva, " publicerade tidskriften Astrofysiska tidskriftsbrev .

"Metanol är en viktig molekyl eftersom den i laboratorieisexperiment har visat sig vara en råvara för större och mer komplexa molekyler, " sade studiens huvudförfattare Catherine Walsh, en astrokemist vid University of Leeds i England. "Den framgångsrika upptäckten av metanol i en protoplanetarisk skiva ger övertygande bevis för att större molekyler också är närvarande."

För att analysera TW Hydrae, forskare använde Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA) i Chile, det mest kraftfulla observatoriet hittills för att analysera kemin hos närliggande protoplanetära skivor. ALMA kan också kartlägga var kallt damm och gas finns i dessa skivor med oöverträffad upplösning. Till exempel, den upptäckte nyligen luckor i dessa skivor som potentiellt är uthuggna av begynnande planeter.

Metanol i protoplanetära skivor tros börja först som is, bildas genom kemiska reaktioner på ytorna av dammkorn. Metanolbildning är en process som frigör värme, och dammkornen hjälper till att absorbera denna överskottsenergi för att stabilisera nytillverkade metanolmolekyler, sa Walsh. Dammkornsytor kan också katalysera metanolbildning, minska mängden energi som dessa molekyler behöver bilda.

Om metanolis i en protoplanetarisk skiva spirerar närmare dess stjärna, den flyktiga molekylen kan bli exciterad av solstrålning och bli en gas. Denna gas är vad forskare nu har upptäckt.

Forskarna föreslår att dammkorn upp till en millimeter stora som är laddade med metanolis ligger inom 50 AU från TW Hydrae. När dammkornen växer sig större, de når en storlek där de upplever drag från omgivande gas. Detta drag saktar ner dammkornen, och de rör sig inåt mot stjärnan, sa Walsh.

När metanolis kommer närmare TW Hydrae, det blir metanolgas, men forskarna tror inte att detta händer för att isen värms upp, som tidigare forskning föreslagit. Istället, de föreslår att andra mekanismer är ansvariga, såsom ultravioletta strålar från stjärnan. Detta fynd kan förändra hur forskare modellerar protoplanetarisk diskutveckling i framtiden.

Metanol är en av de största komplexa organiska föreningar som hittills upptäckts i protoplanetära skivor. Dessutom, det är den första protoplanetära skivan organiska molekylen med ett entydigt ursprung som is.

Som Walsh noterade, metanol kan fungera som byggstenen för större organiska molekyler. Att mäta nivåer av metanol kan i princip, belysa mängden andra organiska föreningar som kan finnas i isen, kometbildande material som kretsar runt stjärnor, sa Walsh. Dessa komplexa organiska molekyler kan ha hjälpt liv att växa fram på jorden.

"Det har föreslagits att kometer bidrog med en del, om inte alla, av den organiska råvaran till den unga jorden som behövs för att initiera eller driva liv, "Sade Walsh. "Närvaron av organiskt rika kometer i andra skivor tyder på att de grundläggande ingredienserna för att initiera eller driva liv också är närvaron i dessa skivor."

Det finns ett antal mysterier som förblir olösta i dessa nya fynd. Till exempel, de observerade metanolgasnivåerna är, oväntat, så lite som 100 gånger mindre än tidigare förväntat från nyare modeller av protoplanetär skivkemi. En möjlighet är att modellerna överskattar hastigheten med vilken metanolis frigör metanolgas, sa Walsh. En annan möjlighet är att dessa modeller underskattar hur mycket stjärnstrålning och andra faktorer förstör metanolmolekyler, Hon sa.

Metanolgasen "finns också i en annan region av skivan än vad som förutspåtts i tidigare modeller, som förblir ett pussel, " sa Walsh. "Vi jobbar hårt för att försöka förstå det här pusslet, och ny data från ALMA, som kommer att finnas i handen 2017, kommer att hjälpa oss att göra detta."

Future research will also hunt for methanol in other nearby protoplanetary disks, and for larger organic molecules in all these disks, Walsh said.

Den här historien återpubliceras med tillstånd av NASAs Astrobiology Magazine. Utforska jorden och bortom på www.astrobio.net.