Data från kometen "Chury", som samlats in medan kometen passerade den punkt i sin bana som var närmast solen, visar en uppsjö av överraskande molekyler som sublimeras från utdrivna dammpartiklar. I genomsnitt liknar detta komplexa organiska material det som finns i meteoriter och Saturnus ringregn, vilket indikerar ett delat presolär ursprung. Kredit:Universtiy of Bern
Ett team av forskare ledda av universitetet i Bern har för första gången identifierat en oväntad rikedom av komplexa organiska molekyler vid en komet. Detta uppnåddes tack vare analysen av data som samlats in under ESA:s Rosetta-uppdrag vid kometen 67P/Churyumov-Gerasimenko, även känd som Chury. Levereras till den tidiga jorden genom att träffa kometer, dessa organiska ämnen kan ha hjälpt till att kickstarta kolbaserat liv som vi känner det.
Kometer är fossiler från forntiden och från djupet av vårt solsystem, och de är reliker från bildningen av solen, planeterna och månarna. Ett team under ledning av kemisten Dr Nora Hänni från Fysikinstitutet vid universitetet i Bern, Institutionen för rymdforskning och planetvetenskap, har nu för första gången lyckats identifiera en hel serie komplexa organiska molekyler vid en komet som de rapporterar i en studie publicerad i slutet av juni i tidskriften Nature Communications .
Mer exakt analys tack vare Berner masspektrometer
I mitten av 1980-talet skickades en flotta av rymdfarkoster ut av de stora rymdorganisationerna för att flyga förbi Halleys komet. Ombord fanns flera masspektrometrar som mätte den kemiska sammansättningen av både kometens koma – den tunna atmosfären på grund av sublimering av kometisar nära solen – och även den hos stötande dammpartiklar. Data som samlats in av dessa instrument hade dock inte den upplösning som krävs för att möjliggöra entydig tolkning.
Nu, mer än 30 år senare, samlade den högupplösta masspektrometern ROSINA, ett Bern-ledt instrument ombord på ESA:s rymdfarkost Rosetta, data vid kometen 67P/Churyumov-Gerasimenko, även känd som Chury, mellan 2014 och 2016. Dessa data tillåter nu forskarna att för första gången belysa Churys komplexa organiska budget.
Hemligheten var gömd i stoftet
När Chury nådde sin perihelion, den punkt som ligger närmast solen, blev den mycket aktiv. Sublimerande kometisar skapade utflöde som släpade med sig dammpartiklar. Utdrivna partiklar värmdes upp av solstrålning till temperaturer utöver de som vanligtvis upplevs vid kometytan. Detta gör att större och tyngre molekyler kan desorberas, vilket gör dem tillgängliga för högupplösta masspektrometern ROSINA-DFMS (Rosetta Orbiter Sensor for Ion and Neutral Analysis-Double Focusing Mass Spectrometer).
Astrofysikern prof. em. Dr Kathrin Altwegg, huvudutredare för ROSINA-instrumentet och medförfattare till den nya studien, säger:"På grund av de extremt dammiga förhållandena var rymdfarkosten tvungen att dra sig tillbaka till ett säkert avstånd på lite mer än 200 km över kometytan för att instrumenten ska kunna fungera under stabila förhållanden." Därför var det möjligt att upptäcka arter som består av mer än en handfull atomer som tidigare hade varit gömda i kometdammet.
Gas och damm stiger upp från Churys yta när kometen närmar sig den punkt i sin omloppsbana som är närmast solen. Kredit:ESA/Rosetta/NAVCAM
Tolkningen av sådana komplexa data är utmanande. Men forskargruppen från Bern identifierade framgångsrikt ett antal komplexa organiska molekyler, som aldrig tidigare har hittats i en komet. "Vi hittade till exempel naftalen, som är ansvarigt för den karakteristiska lukten av malkulor. Och vi hittade även bensoesyra, en naturlig komponent i rökelse. Dessutom identifierade vi bensaldehyd, som ofta används för att ge mandelsmak till mat, och många andra molekyler. Dessa tunga organiska ämnen skulle tydligen göra Churys doft ännu mer komplex, men också mer tilltalande, säger Hänni.
Förutom väldoftande molekyler har många arter med så kallad prebiotisk funktionalitet också identifierats i Churys organiska budget (t.ex. formamid). Sådana föreningar är viktiga mellanprodukter i syntesen av biomolekyler (t.ex. sockerarter eller aminosyror). "Det verkar därför troligt att påverkande kometer – som viktiga leverantörer av organiskt material – också bidragit till uppkomsten av kolbaserat liv på jorden", förklarar Hänni.
Liknande organiska ämnen i Saturnus och meteoriter
Förutom identifieringen av enskilda molekyler, utförde forskarna också en detaljerad karakterisering av hela ensemblen av komplexa organiska molekyler i kometen Chury, vilket gjorde det möjligt att sätta in den i det större solsystemets sammanhang. Parametrar som medelsummans formel för detta organiska material eller den genomsnittliga bindningsgeometrin för kolatomerna i det är av betydelse för ett brett forskarsamhälle, allt från astronomer till solsystemsforskare.
"Det visade sig att Churys komplexa organiska budget i genomsnitt är identisk med den lösliga delen av meteoritiskt organiskt material", förklarar Hänni. "Dessutom, förutom den relativa mängden väteatomer, liknar Churys molekylära budget också starkt det organiska materialet som regnar ner på Saturnus från dess innersta ring, som upptäckts av INMS-masspektrometern ombord på NASA:s rymdfarkost Cassini."
"Vi hittar inte bara likheter med de organiska reservoarerna i solsystemet, utan många av Churys organiska molekyler finns också i molekylära moln, födelseplatserna för nya stjärnor", säger prof. dr. Susanne Wampfler, astrofysiker vid Center for Space and Habitability (CSH) vid universitetet i Bern och medförfattare till publikationen. "Våra fynd överensstämmer med och stöder scenariot med ett delat presolär ursprung för de olika reservoarerna av solsystemets organiska ämnen, vilket bekräftar att kometer verkligen bär material från tiderna långt innan vårt solsystem dök upp." + Utforska vidare
