Az élet kialakulásának alapvető kémiai összetevőit eddig csak a Tejútrendszerünkön belül sikerült jég formájában kimutatni, azonban most először figyeltek meg ilyen molekulákat egy másik galaxisban. A NASA Goddard Űrrepülési Központjának és a Maryland Egyetem kutatóinak vezetésével végzett vizsgálatok során komplex szerves molekulák – köztük etanol, acetaldehid és metil-formiát – jégbe zárt formáját azonosították egy újszülött csillag körül a Nagy Magellán-felhőben (Large Magellanic Cloud, LMC). Ez az áttörés új távlatokat nyit az univerzum életképességének megértésében.
A felfedezés háttere és jelentősége
Marta Sewiło, az említett kutatás vezetője így fogalmazott: „Ezzel a felfedezéssel jelentős előrelépést tettünk abban, hogy megértsük, miként alakulnak ki az összetett kémiai folyamatok az Univerzumban, és új lehetőségeket nyitottunk az élet eredetének kutatásában.”
A kutatók egy fiatal csillagot, az ST6-ot vizsgálták, amely mintegy 160 000 fényévnyire található tőlünk, a N158 nevű szuperbuborékban, nem messze a híres Tarantula-ködtől. A James Webb Űrtávcső (JWST) középső infravörös tartományban gyűjtött adatai lehetővé tették, hogy feltérképezzék a csillag körüli jégben lévő molekulák kémiai összetételét.
Komplex szerves molekulák – az élet előfutárai
Az asztrofizikai kontextusban komplex szerves molekuláknak (COMs) nevezzük azokat a molekulákat, amelyek legalább hat atomot tartalmaznak, és legalább egy szénatommal rendelkeznek. Ide tartozik például az etanol (CH₃CH₂OH), metil-formiát (HCOOCH₃), acetaldehid (CH₃CHO), valamint nagyobb molekulák, mint az izopropil-cianid ((CH3)2CHCN).
Ezek a molekulák azért fontosak, mert kémiai előfutárai azoknak az anyagoknak, amelyekből az élet építőkövei – például aminosavak, cukrok és nukleobázisok – kialakulnak. Az ilyen molekulák jelenléte tehát betekintést nyújt abba, hogy hol és hogyan kezdődhetett meg az élet előtti kémia már jóval a Föld kialakulása előtt.
A Nagy Magellán-felhő különleges környezete
A Nagy Magellán-felhő egy törpegalaxis, amely jelentősen eltér saját galaxisunktól. Nehézfém-tartalma (azaz a héliumnál nehezebb elemek aránya) csak mintegy harmada vagy fele a Tejútrendszerének. Ez azt jelenti, hogy kevesebb oxigén, szén és szilícium található benne. Emellett jóval kevesebb por akadályozza a fényt, és intenzív csillagkeletkezési folyamatok zajlanak benne, amelyek erős ultraibolya sugárzással árasztják el a galaxist.
Ezek a környezeti tényezők felvetik a kérdést: vajon hogyan alakulnak ki komplex szerves molekulák ilyen extrém körülmények között? Az ST6 csillag körüli jég vizsgálata választ adott erre.
Az ST6 csillag és a JWST szerepe
A JWST „aranyszemével” – amely középső infravörös fényt érzékel – sikerült feltérképezni az ST6 körüli jégben lévő anyagokat. A kutatók összevetették az így kapott spektrumokat egy ismert „COM ujjlenyomat” adatbázissal, amely különböző komplex szerves molekulák fényelnyelési mintázatait tartalmazza.
Ezek alapján magabiztosan azonosították többek között a metanolt, acetaldehidet, etanolt, metil-formiátot és ecetsavat (CH₃COOH). Az ecetsav fagyott formában való kimutatása különösen jelentős: korábban csak gázhalmazállapotban ismerték jelenlétét az űrben.
Ecetsav jég formájában – új bizonyítékok
Az ecetsav jégként való felfedezése megerősíti korábbi számítógépes modelleket és laboratóriumi kísérleteket, amelyek szerint ez a vegyület részt vesz azokban a reakciókban, amelyek során prebiotikus anyagok keletkeznek poros szemcsék felszínén. Ezeken a szemcséken vékony jégrétegek képződnek, ahol sugárzás hatására mozgásba lendülnek és kölcsönhatásba lépnek egymással.
Ez azt jelenti, hogy még olyan extrém környezetben is – mint amilyen a fémekben szegény és intenzív sugárzású Nagy Magellán-felhő –, képesek kialakulni ezek az élethez vezető kémiai folyamatok.
A további kutatások irányai
A kutatócsoport tervezi további fiatal csillagok vizsgálatát is a Nagy Magellán-felhőben annak érdekében, hogy megállapítsa: hasonló kémiai folyamatok zajlanak-e más helyeken is ebben a törpegalaxisban vagy sem. Jelenleg ugyanis csak egyetlen forrásból áll rendelkezésre adat ebben a galaxisban, míg a Tejútrendszerből négy helyen mutattak ki hasonló komplex szerves molekulákat jég formájában.
Marta Sewiło így fogalmazott: „Jelenleg csak egy forrásunk van a Nagy Magellán-felhőből és négy forrásunk a Tejútrendszerből ezekkel a komplex organikus molekulákkal kapcsolatosan. Több adat szükséges mindkét galaxisból ahhoz, hogy megerősítsük kezdeti eredményeinket arról, hogy eltérések vannak-e ezen molekulák mennyiségében.”
Összegzés
Ez az első alkalommal történt felfedezés jelentős mérföldkő az asztrobiológia és asztrokémia területén. Megmutatja ugyanis, hogy az élethez vezető kémiai építőkövek nem kizárólag galaxisunkra korlátozódnak, hanem széles körben elterjedtek lehetnek más galaxisokban is – még akkor is, ha azok eltérő kémiai összetételűek és extrém környezetűek.
A kutatás eredményeit részletesen bemutatták a The Astrophysical Journal Letters című tudományos folyóiratban.