Analys av unika fingeravtryck i ljus som emitteras från material som omger unga stjärnor har avslöjat "betydande reservoarer" av stora organiska molekyler som är nödvändiga för att utgöra grunden för livet, säger forskare.

Dr John Ilee, Forskarstipendiat vid University of Leeds som ledde studien, säger fynden tyder på att de grundläggande kemiska förhållandena som resulterade i liv på jorden skulle kunna existera mer utbrett över galaxen.

De stora organiska molekylerna identifierades i protoplanetära skivor som kretsar runt nybildade stjärnor. En liknande skiva skulle en gång ha omringat den unga solen, bildar planeterna som nu utgör vårt solsystem. Närvaron av molekylerna är betydande eftersom de är "språngbrädor" mellan enklare kolbaserade molekyler som kolmonoxid, finns i överflöd i rymden, och mer komplexa molekyler som krävs för att skapa och upprätthålla liv.

Detaljer om studien publiceras idag och kommer att visas i Astrophysical Journal Supplement Series . Det är ett av 20 artiklar som rapporterar om en stor internationell undersökning av planetbildningens kemi.

Dr. Catherine Walsh vid School of Physics and Astronomy var en av de fem Co-PIs som ledde undersökningen. Kallas programmet "Molecules with ALMA at Planet-forming Scales" (eller MAPS), den har använt data som samlats in av radioteleskopet Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (eller ALMA) i Chile.

Dr. Ilee och hans team, bestående av astrofysiker från 16 universitet över hela världen, fokuserade på att studera existensen, plats och överflöd av prekursormolekylerna som behövs för att liv ska bildas.

Han sa:"Dessa stora komplexa organiska molekyler finns i olika miljöer i rymden. Laboratorie- och teoretiska studier har föreslagit att dessa molekyler är "råingredienserna" för att bygga molekyler som är väsentliga komponenter i biologisk kemi på jorden, skapa sockerarter, aminosyror och till och med komponenterna i ribonukleinsyra (RNA) under rätt förhållanden.

"Dock, många av miljöerna där vi hittar dessa komplexa organiska molekyler är ganska långt borta från var och när vi tror att planeter bildas. Vi ville förstå mer om exakt var, och hur mycket av, dessa molekyler fanns i planeternas födelseplatser - protoplanetära skivor."

ALMA – observerar kemi djupt i rymden

Undersökningen har möjliggjorts av framsteg i ALMA-teleskopets förmåga att upptäcka mycket svaga signaler från molekylerna i de kallaste områdena i yttre rymden.

På ALMA, ett nätverk med över 60 antenner kombineras så att observatoriet kan upptäcka signalen från dessa molekyler. Varje molekyl avger ljus vid distinkt olika våglängder och producerar ett unikt spektralt "fingeravtryck". Dessa fingeravtryck gör det möjligt för forskare att identifiera förekomsten av molekylerna och undersöka deras egenskaper.

Dr Walsh förklarade "Kraften hos ALMA har gjort det möjligt för oss att mäta fördelningen och sammansättningen av material som aktivt bygger planeter runt närliggande unga stjärnor för första gången. Teleskopet är kraftfullt nog att göra detta även för stora komplexa molekyler som är prekursorer för livet."

Forskargruppen letade efter tre molekyler - cyanoacetylen (HC3N), acetonitril (CH3CN), och cyklopropenyliden ( c -C3H2) – i fem protoplanetära skivor, känd som IM Lup, GM Aur, AS 209, HD 163296 och MWC 480. De protoplanetära skivorna sträcker sig mellan 300 och 500 ljusår från jorden. Alla skivorna visar signaturer av pågående planetbildning som förekommer inom dem.

Protoplanetära skivor "matar" unga planeter

Den protoplanetära skivan som omger en ung planet kommer att "mata" den med material när den formas.

Till exempel, man tror att den unga jorden såddes med material via nedslag från asteroider och kometer som hade bildats i den protoplanetära skivan runt solen. Men forskare var osäkra på om alla protoplanetära skivor innehåller reservoarer av komplexa organiska molekyler som kan skapa biologiskt signifikanta molekyler.

Den här studien börjar ge svar på den frågan. Den hittade molekylerna i fyra av de fem observerade skivorna. Dessutom, överflöd av molekyler var större än forskarna hade förväntat sig.

Dr. Ilee sa:"ALMA har tillåtit oss att leta efter dessa molekyler i de innersta områdena av dessa skivor, på storleksskalor som liknar vårt solsystem, för första gången. Vår analys visar att molekylerna i första hand finns i dessa inre regioner med överflöd mellan 10 och 100 gånger högre än vad modeller hade förutspått."

Viktigt, skivområdena där molekylerna fanns är också där asteroider och kometer bildas. Dr. Ilee säger att det är möjligt att en process som liknar den som kan ha hjälpt till att initiera liv på jorden också kan hända i dessa skivor – där bombardering av asteroider och kometer överför de stora organiska molekylerna till de nybildade planeterna.

Dr Walsh tillade:"Nyckelresultatet av detta arbete visar att samma ingredienser som behövs för att så liv på vår planet också finns runt andra stjärnor. Det är möjligt att de molekyler som behövs för att få igång livet på planeter är lättillgängliga. i alla planetbildande miljöer."

En av nästa frågor som forskarna vill undersöka är om det finns ännu mer komplexa molekyler i de protoplanetära skivorna.

Dr. Ilee tillade:"Om vi ​​hittar molekyler som dessa i så stora mängder, vår nuvarande förståelse av interstellär kemi tyder på att ännu mer komplexa molekyler också borde kunna observeras."

"Vi hoppas kunna använda ALMA för att söka efter nästa språngbräda av kemisk komplexitet i dessa skivor. Om vi ​​upptäcker dem, då kommer vi ännu närmare att förstå hur livets råvaror kan samlas runt andra stjärnor."