Fosfor, een bestanddeel van ons DNA en van celmembranen, is een essentieel element voor leven zoals wij dat kennen. Maar hoe het op de jonge aarde is terechtgekomen is enigszins raadselachtig. Met de vereende krachten van ALMA en ESA-ruimtesonde Rosetta hebben astronomen nu getraceerd hoe het fosfor van stervormingsgebieden in kometen belandt. Hun onderzoek laat voor het eerst zien waar fosforhoudende moleculen ontstaan, hoe dit element door kometen wordt meegenomen en hoe een bepaald molecuul een cruciale rol kan hebben gespeeld bij het ontstaan van leven op onze planeet.
‘Het leven op aarde ontstond ongeveer 4 miljard jaar geleden, maar we kennen nog steeds de processen niet die dat mogelijk maakten’, zegt Victor Rivilla, de hoofdauteur van het nieuwe onderzoek waarvan de resultaten vandaag in het tijdschrift Monthly Notices of the Royal Astronomical Society zijn gepubliceerd. De nieuwe resultaten van de Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA), waarin de Europese Zuidelijke Sterrenwacht (ESO) een partner is, en van het ROSINA-instrument aan boord van Rosetta, laten zien dat fosformonoxide een sleutelrol speelt in het vraagstuk van de oorsprong van het leven. Door met ALMA het stervormingsgebied AFGL 5142 nauwkeurig af te speuren, konden de astronomen aanwijzen waar fosforhoudende moleculen, zoals fosformonoxide, ontstaan. Nieuwe sterren en planetenstelsels vormen zich in wolken van gas en stof tussen de sterren, en dat maakt deze interstellaire wolken de ideale locaties om de zoektocht naar de bouwstenen van het leven te beginnen.
De ALMA-waarnemingen lieten zien dat fosforhoudende moleculen ontstaan bij de vorming van zware sterren. Gasstromen van jonge zware sterren veroorzaken holtes in interstellaire gaswolken. Door de gezamenlijke werking van schokgolven en straling van de jonge ster ontstaan fosforhoudende moleculen bij de ‘wanden’ van deze holtes. De astronomen hebben ook vastgesteld dat fosformonoxide het meest voorkomende fosforhoudende molecuul in de holtewanden is.
Na dit molecuul met ALMA in stervormingsgebieden te hebben opgespoord, boog het Europese onderzoeksteam zich over een object van ons zonnestelsel: de inmiddels overbekende komeet 67P/Churyumov–Gerasimenko. Het idee was om het spoor van deze fosforhoudende verbindingen te volgen. Als zo’n holtewand instort om een nieuwe ster – met name een minder zware ster zoals onze zon – te vormen, kunnen fosformonoxidemoleculen bevriezen en opgesloten raken in de ijzige stofdeeltjes die rond een nieuwe ster achterblijven. Zelfs nog voordat de vorming van de ster is voltooid, klonteren deze stofdeeltjes samen tot steentjes, rotsblokken en uiteindelijk kometen, die als transporteurs van het fosformonoxide gaan fungeren. Het instrument ROSINA, wat staat voor Rosetta Orbiter Spectrometer for Ion and Neutral Analysis, verzamelde in de twee jaar dat Rosetta om 67P cirkelde gegevens van de komeet.
In deze gegevens hadden astronomen al aanwijzingen gevonden dat er fosfor aanwezig was, maar ze wisten niet door welk molecuul het was aangedragen. Kathrin Altwegg, hoofdonderzoeker voor ROSINA en co-auteur van dit nieuwe onderzoek, kreeg een idee over wat dit molecuul zou kunnen zijn nadat ze tijdens een conferentie was benaderd door een astronoom die zich bezighield met ALMA-waarnemingen van stervormingsgebieden: ‘Zij zei dat fosformonoxide een heel voor de hand liggende kandidaat zou zijn, en toen ik onze data nog eens bekeek zag ik het!’ Dankzij deze eerste waarneming van fosformonoxide op een komeet kunnen astronomen nu een link leggen tussen stervormingsgebieden, waar het molecuul ontstaat, en onze aarde.
‘De combinatie van de gegevens van ALMA en ROSINA heeft uitgewezen dat het stervormingsproces een soort chemische rode draad vertoont, waarin fosformonoxide de hoofdrol speelt’, zegt Rivilla, die als onderzoeker is verbonden aan de Arcetri-sterrenwacht van INAF, het Nationale Instituut voor Astrofysica van Italië. ‘Fosfor is van vitaal belang voor leven zoals wij dat kennen’, voegt Altwegg daaraan toe. ‘Omdat kometen hoogstwaarschijnlijk grote hoeveelheden organische verbindingen op aarde hebben afgeleverd, zou het fosformonoxide dat in komeet 67P is aangetroffen het verband tussen kometen en het leven op aarde wel eens kunnen versterken.’ Deze intrigerende zoektocht kon met bewijzen worden gestaafd dankzij de gezamenlijke inspanningen van astronomen uit verschillende vakgebieden. ‘De detectie van fosformonoxide is duidelijk te danken aan een interdisciplinaire uitwisseling tussen telescopen op aarde en instrumenten in de ruimte’, zegt Altwegg.
Leonardo Testi, ESO-astronoom en Europees Operationeel Manager van ALMA, concludeert: ‘Het begrijpen van onze kosmische oorsprong, inclusief de vraag hoe algemeen de chemische omstandigheden die gunstig zijn voor het ontstaan van leven zijn, is een belangrijk onderwerp in de moderne astrofysica. Waar ESO en ALMA zich richten op de waarnemingen van moleculen in verre jonge planetenstelsels, wordt de directe verkenning van de chemische inventaris van ons zonnestelsel mogelijk gemaakt door ESA-missies zoals Rosetta. De synergie tussen deze toonaangevende faciliteiten op de aarde en in de ruimte is een grote aanwinst voor Europese onderzoekers en maakt baanbrekende ontdekkingen zoals die in dit artikel mogelijk.’
Bron: ESO
