Fosfor, finns i vårt DNA och cellmembran, är en väsentlig del av livet som vi känner det. Men hur den kom till den tidiga jorden är något av ett mysterium. Astronomer har nu spårat fosfors resa från stjärnbildande regioner till kometer med hjälp av de kombinerade krafterna från ALMA och Europeiska rymdorganisationens sond Rosetta. Deras forskning visar, för första gången, där molekyler som innehåller fosfor bildas, hur detta element bärs i kometer, och hur en viss molekyl kan ha spelat en avgörande roll för att starta liv på vår planet.

"Livet dök upp på jorden för cirka 4 miljarder år sedan, men vi vet fortfarande inte vilka processer som gjorde det möjligt, säger Víctor Rivilla, huvudförfattaren till en ny studie publicerad i dag i tidskriften Månatliga meddelanden från Royal Astronomical Society . De nya resultaten från Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA), där European Southern Observatory (ESO) är en partner, och från ROSINA-instrumentet ombord på Rosetta, visa att fosformonoxid är en nyckelbit i livets ursprung-pussel.

Med kraften från ALMA, som möjliggjorde en detaljerad titt på den stjärnbildande regionen AFGL 5142, astronomer kunde peka ut var fosforhaltiga molekyler, som fosformonoxid, form. Nya stjärnor och planetsystem uppstår i molnliknande områden av gas och damm mellan stjärnorna, gör dessa interstellära moln till de idealiska ställena att börja leta efter livets byggstenar.

ALMA-observationerna visade att fosforbärande molekyler skapas när massiva stjärnor bildas. Gasflöden från unga massiva stjärnor öppnar upp håligheter i interstellära moln. Molekyler som innehåller fosfor bildas på hålrummets väggar, genom den kombinerade verkan av stötar och strålning från spädbarnsstjärnan. Astronomerna har också visat att fosformonoxid är den fosforhaltigaste molekylen i hålrummets väggar.

Efter att ha letat efter denna molekyl i stjärnbildande regioner med ALMA, det europeiska laget gick vidare till ett solsystemobjekt:den nu berömda kometen 67P/Churyumov-Gerasimenko. Tanken var att följa spåren av dessa fosforhaltiga föreningar. Om kavitetsväggarna kollapsar och bildar en stjärna, särskilt en mindre massiv som solen, fosformonoxid kan frysa ut och fastna i de isiga dammkornen som finns kvar runt den nya stjärnan. Redan innan stjärnan är helt formad, dessa dammkorn går ihop och bildar småsten, stenar och i slutändan kometer, som blir transportörer av fosformonoxid.

ROSINA, som står för Rosetta Orbiter Spectrometer for Ion and Neutral Analysis, samlade in data från 67P under två år när Rosetta kretsade runt kometen. Astronomer hade hittat inslag av fosfor i ROSINA-data tidigare, men de visste inte vilken molekyl som hade burit den dit. Kathrin Altwegg, chefsutredare för Rosina och en författare i den nya studien, fick en aning om vad denna molekyl kan vara efter att ha blivit kontaktad vid en konferens av en astronom som studerade stjärnbildande regioner med ALMA:"Hon sa att fosformonoxid skulle vara en mycket trolig kandidat, så jag gick tillbaka till vår data och där var den!"

Denna första iakttagelse av fosformonoxid på en komet hjälper astronomer att dra ett samband mellan stjärnbildande regioner, där molekylen skapas, hela vägen till jorden.

"Kombinationen av ALMA- och ROSINA-data har avslöjat en sorts kemisk tråd under hela processen med stjärnbildning, där fosformonoxid spelar den dominerande rollen, säger Rivilla, som är forskare vid Arcetri Astrophysical Observatory vid INAF, Italiens nationella institut för astrofysik.

"Fosfor är viktigt för livet som vi känner det, ", tillägger Altwegg. "Eftersom kometer med största sannolikhet levererade stora mängder organiska föreningar till jorden, fosformonoxiden som finns i kometen 67P kan stärka kopplingen mellan kometer och livet på jorden."

Denna spännande resa kunde dokumenteras på grund av samarbetet mellan astronomer. "Detekteringen av fosformonoxid var helt klart tack vare ett tvärvetenskapligt utbyte mellan teleskop på jorden och instrument i rymden, säger Altwegg.

Leonardo Testi, ESO-astronom och ALMA European Operations Manager, avslutar:"Förstå vårt kosmiska ursprung, inklusive hur vanliga de kemiska förhållandena som är gynnsamma för livets uppkomst är, är ett stort ämne inom modern astrofysik. Medan ESO och ALMA fokuserar på observationer av molekyler i avlägsna unga planetsystem, den direkta utforskningen av kemikalieinventeringen inom vårt solsystem är möjlig genom ESA-uppdrag, som Rosetta. Synergin mellan världsledande mark- och rymdanläggningar, genom samarbetet mellan ESO och ESA, är en kraftfull tillgång för europeiska forskare och möjliggör transformationsupptäckter som den som rapporteras i detta dokument."

Denna forskning presenterades i en artikel att visas i Månatliga meddelanden från Royal Astronomical Society .