Smider lys over kometen Churs uventede kemiske kompleksitet

Et team af forskere ledet af universitetet i Bern har for første gang identificeret en uventet rigdom af komplekse organiske molekyler ved en komet. Dette blev opnået takket være analysen af ​​data indsamlet under ESA's Rosetta-mission ved kometen 67P/Churyumov-Gerasimenko, også kendt som Chury. Leveret til den tidlige Jord ved at påvirke kometer, kan disse organiske stoffer have været med til at kickstarte kulstofbaseret liv, som vi kender det.

Kometer er fossiler fra oldtiden og fra dybet af vores solsystem, og de er levn fra dannelsen af ​​solen, planeterne og månerne. Et hold ledet af kemiker Dr. Nora Hänni fra Fysisk Institut ved Universitetet i Bern, Institut for Rumforskning og Planetariske Videnskaber, er nu for første gang lykkedes med at identificere en hel række komplekse organiske molekyler ved en komet, som de rapporterer i en undersøgelse offentliggjort i slutningen af ​​juni i tidsskriftet Nature Communications .

Mere præcis analyse takket være Berner massespektrometer

I midten af ​​1980'erne blev en flåde af rumfartøjer sendt ud af de store rumbureauer for at flyve forbi Halleys komet. Ombord var flere massespektrometre, der målte den kemiske sammensætning af både kometens koma - den tynde atmosfære på grund af sublimering af kometis tæt på solen - og også den af ​​stødende støvpartikler. Data indsamlet af disse instrumenter havde dog ikke den nødvendige opløsning til at muliggøre entydig fortolkning.

Nu, mere end 30 år senere, indsamlede højopløsningsmassespektrometeret ROSINA, et Bern-ledet instrument ombord på ESA's Rosetta-rumfartøj, data ved kometen 67P/Churyumov-Gerasimenko, også kendt som Chury, mellem 2014 og 2016. Disse data tillader nu forskerne for første gang at kaste lys over Churys komplekse organiske budget.

Hemmeligheden var gemt i støvet

Da Chury nåede sit perihelium, det nærmeste punkt på solen, blev det meget aktivt. Sublimerende kometis skabte udstrømning, der trak med støvpartikler. Udstødte partikler blev varmet op af solbestråling til temperaturer ud over dem, der typisk opleves ved kometoverfladen. Dette tillader større og tungere molekyler at desorbere, hvilket gør dem tilgængelige for højopløsningsmassespektrometeret ROSINA-DFMS (Rosetta Orbiter Sensor for Ion and Neutral Analysis-Double Focusing Mass Spectrometer).

Astrofysikeren prof. em. Dr. Kathrin Altwegg, hovedforsker af ROSINA-instrumentet og medforfatter af det nye studie, siger:"På grund af de ekstremt støvede forhold måtte rumfartøjet trække sig tilbage til en sikker afstand på lidt mere end 200 km over kometoverfladen for at instrumenterne kan fungere under stabile forhold." Derfor var det muligt at påvise arter sammensat af mere end en håndfuld atomer, som tidligere var blevet skjult i kometstøvet.

Fortolkningen af ​​sådanne komplekse data er udfordrende. Imidlertid har det Bernerske hold af forskere med succes identificeret en række komplekse organiske molekyler, som aldrig er blevet fundet i en komet før. "Vi fandt for eksempel naphthalen, som er ansvarlig for den karakteristiske lugt af mølkugler. Og vi fandt også benzoesyre, en naturlig bestanddel af røgelse. Derudover identificerede vi benzaldehyd, der er meget brugt til at give madvarer mandelsmag, og mange andre molekyler. Disse tunge organiske stoffer ville tilsyneladende gøre Churys duft endnu mere kompleks, men også mere tiltalende," siger Hänni.

Udover duftende molekyler er mange arter med såkaldt præbiotisk funktionalitet også blevet identificeret i Churys organiske budget (f.eks. formamid). Sådanne forbindelser er vigtige mellemprodukter i syntesen af ​​biomolekyler (f.eks. sukkerarter eller aminosyrer). "Det forekommer derfor sandsynligt, at påvirkende kometer - som væsentlige leverandører af organisk materiale - også har bidraget til fremkomsten af ​​kulstofbaseret liv på Jorden," forklarer Hänni.

Lignende organiske stoffer i Saturn og meteoritter

Ud over identifikation af individuelle molekyler udførte forskerne også en detaljeret karakterisering af hele ensemblet af komplekse organiske molekyler i kometen Chury, hvilket gjorde det muligt at sætte det ind i den større solsystemsammenhæng. Parametre som den gennemsnitlige sumformel for dette organiske materiale eller den gennemsnitlige bindingsgeometri af carbonatomerne i det er af betydning for et bredt videnskabeligt samfund, lige fra astronomer til solsystemforskere.

"Det viste sig, at Churys komplekse organiske budget i gennemsnit er identisk med den opløselige del af meteoritisk organisk stof," forklarer Hänni. "Desuden, bortset fra den relative mængde af brintatomer, ligner Churys molekylære budget også stærkt det organiske materiale, der regner ned på Saturn fra dens inderste ring, som detekteret af INMS massespektrometer ombord på NASAs Cassini-rumfartøj."

"Vi finder ikke kun ligheder mellem de organiske reservoirer i solsystemet, men mange af Churys organiske molekyler er også til stede i molekylære skyer, fødesteder for nye stjerner," siger prof. dr. Susanne Wampfler, astrofysiker ved Center for Space og Habitability (CSH) ved universitetet i Bern og medforfatter til publikationen. "Vores resultater er i overensstemmelse med og understøtter scenariet med en fælles præsolar oprindelse af de forskellige reservoirer af solsystemets organiske stoffer, hvilket bekræfter, at kometer faktisk bærer materiale fra tiderne længe før vores solsystem dukkede op." + Udforsk yderligere

At flyve gennem kometen Churys støvsky løser kemisk mysterium