Rappresentazione artistica del gas e della polvere nel disco protoplanetario che circonda la giovane stella. L'inserto mostra il gas molecolare preso di mira dalle osservazioni MAPS, costituito da una "zuppa" di molecole semplici e complesse in prossimità di pianeti ancora in formazione. Credito:M.Weiss/Center for Astrophysics/Harvard & Smithsonian
L'analisi delle impronte digitali uniche nella luce emessa dal materiale che circonda le giovani stelle ha rivelato "serbatoi significativi" di grandi molecole organiche necessarie per formare le basi della vita, dicono i ricercatori.
Il dottor John Ilee, Research Fellow presso l'Università di Leeds che ha guidato lo studio, afferma che i risultati suggeriscono che le condizioni chimiche di base che hanno portato alla vita sulla Terra potrebbero esistere più ampiamente in tutta la Galassia.
Le grandi molecole organiche sono state identificate in dischi protoplanetari che circondano stelle di nuova formazione. Un disco simile avrebbe un tempo circondato il giovane Sole, formando i pianeti che ora compongono il nostro Sistema Solare. La presenza delle molecole è significativa perché sono "trampolini di lancio" tra molecole a base di carbonio più semplici come il monossido di carbonio, trovato in abbondanza nello spazio, e molecole più complesse necessarie per creare e sostenere la vita.
I dettagli dello studio sono pubblicati oggi e appariranno nel Serie di supplementi per riviste astrofisiche . È uno dei 20 articoli che riportano un'importante indagine internazionale sulla chimica della formazione dei pianeti.
La dottoressa Catherine Walsh della School of Physics and Astronomy è stata una delle cinque Co-PI che hanno guidato l'indagine. Chiamato il programma "Molecules with ALMA at Planet-forming Scales" (o MAPS), ha utilizzato i dati raccolti dal radiotelescopio Atacama Large Millimetre/submillimetre Array (o ALMA) in Cile.
Il dottor Ilee e il suo team, composto da astrofisici di 16 università di tutto il mondo, incentrato sullo studio dell'esistenza, posizione e abbondanza delle molecole precursori necessarie per la formazione della vita.
Ha detto:"Queste grandi molecole organiche complesse si trovano in vari ambienti nello spazio. Studi di laboratorio e teorici hanno suggerito che queste molecole sono gli 'ingredienti grezzi' per la costruzione di molecole che sono componenti essenziali nella chimica biologica sulla Terra, creare zuccheri, amminoacidi e anche i componenti dell'acido ribonucleico (RNA) nelle giuste condizioni.
"Però, molti degli ambienti in cui troviamo queste complesse molecole organiche sono piuttosto lontani da dove e quando pensiamo che si formino i pianeti. Volevamo capire di più su dove esattamente, e quanto di, queste molecole erano presenti nei luoghi di nascita dei pianeti, i dischi protoplanetari".
ALMA—osservare la chimica nelle profondità dello spazio
L'indagine è stata resa possibile dai progressi nella capacità del telescopio ALMA di rilevare segnali molto deboli dalle molecole nelle regioni più fredde dello spazio esterno.
In ALMA, una rete di oltre 60 antenne è combinata in modo che l'osservatorio possa rilevare il segnale di queste molecole. Ogni molecola emette luce a lunghezze d'onda nettamente diverse producendo una "impronta digitale" spettrale unica. Queste impronte digitali consentono agli scienziati di identificare la presenza delle molecole e studiarne le proprietà.
Quattro dei dischi protoplanetari – GM Aur, COME 209, HD 163296 & MWC 480 – osservato nell'ambito del progetto MAPS. La riga superiore mostra l'emissione di polvere di grandi dimensioni (millimetri) nei dischi. La riga inferiore mostra un'immagine composita a tre colori dell'emissione dalle grandi molecole organiche HC3N (rosso), CH3CN (verde) e c-C3H2 (blu) in ogni disco. I cerchi tratteggiati con un raggio di 50 unità astronomiche indicano la scala della regione di formazione della cometa nel nostro Sistema Solare. Credito:Dr J.D.Ilee/Università di Leeds
Il Dr. Walsh ha spiegato:"Il potere di ALMA ci ha permesso di misurare per la prima volta la distribuzione e la composizione del materiale che sta attivamente costruendo pianeti attorno a giovani stelle vicine. Il telescopio è abbastanza potente da farlo anche per grandi molecole complesse che sono precursori per la vita."
Il team di ricerca stava cercando tre molecole:cianoacetilene (HC3N), acetonitrile (CH3CN), e ciclopropenilidene ( C -C3H2) – in cinque dischi protoplanetari, noto come IM Lup, GM Aur, COME 209, HD 163296 e MWC 480. I dischi protoplanetari variano tra 300 e 500 anni luce dalla terra. Tutti i dischi mostrano le tracce della formazione di pianeti in corso che si verificano al loro interno.
I dischi protoplanetari "nutrono" i giovani pianeti
Il disco protoplanetario che circonda un giovane pianeta lo "nutrirà" di materiale man mano che si forma.
Per esempio, si pensa che la giovane Terra sia stata seminata con materiale tramite impatti di asteroidi e comete che si erano formati nel disco protoplanetario attorno al Sole. Ma gli scienziati erano incerti se tutti i dischi protoplanetari contenessero serbatoi di complesse molecole organiche in grado di creare molecole biologicamente significative.
Questo studio sta cominciando a rispondere a questa domanda. Ha trovato le molecole in quattro dei cinque dischi osservati. Inoltre, l'abbondanza delle molecole era maggiore di quanto gli scienziati si aspettassero.
Il dottor Ilee ha detto:"ALMA ci ha permesso di cercare queste molecole nelle regioni più interne di questi dischi, su scale di grandezza simili al nostro Sistema Solare, per la prima volta. La nostra analisi mostra che le molecole si trovano principalmente in queste regioni interne con abbondanze tra 10 e 100 volte superiori a quanto previsto dai modelli".
È importante sottolineare che le regioni del disco in cui si trovavano le molecole sono anche dove si formano asteroidi e comete. Il dott. Ilee afferma che è possibile che su questi dischi avvenga anche un processo simile a quello che potrebbe aver contribuito all'inizio della vita sulla Terra, dove il bombardamento di asteroidi e comete trasferisce le grandi molecole organiche ai pianeti appena formati.
Il Dr. Walsh ha aggiunto:"Il risultato chiave di questo lavoro mostra che gli stessi ingredienti necessari per seminare la vita sul nostro pianeta si trovano anche intorno ad altre stelle. È possibile che le molecole necessarie per dare il via alla vita sui pianeti siano prontamente disponibili in tutti gli ambienti di formazione di pianeti."
Una delle prossime domande che i ricercatori vogliono indagare è se esistono molecole ancora più complesse nei dischi protoplanetari.
Il dott. Ilee ha aggiunto:"Se troviamo molecole come queste in abbondanze così grandi, la nostra attuale comprensione della chimica interstellare suggerisce che dovrebbero essere osservabili anche molecole ancora più complesse».
"Speriamo di usare ALMA per cercare i prossimi trampolini di lancio della complessità chimica in questi dischi. Se li rileviamo, allora saremo ancora più vicini a capire come gli ingredienti grezzi della vita possono essere assemblati attorno ad altre stelle".
