Acrylonitril ontdekt in de atmosfeer van Titan

Titan gefotografeerd door de Cassini
Onbewerkte opname van Titan, gemaakt op 21 april 2017 door de Cassini ruimtesonde. Credit: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute

Uit nieuw onderzoek van de NASA is gebleken dat de chemische stof acrylonitril in de atmosfeer van Titan, de grootste maan van Saturnus voorkomt. Wetenschappers zoeken al langer naar chemische stoffen, die de voorlopers van leven kunnen zijn, op de maan van Saturnus.

Op Aarde wordt acrylonitril, ook wel vinylcyanide genoemd, gebruikt voor het produceren van kunststoffen die gebruikt kunnen worden voor het spinnen van garens en die verwerkt worden in o.a. autobanden. Wetenschappers denken dat, onder de extreme condities die op Titan heersen, acrylonitril stabiele, flexibele structuren kan vormen die lijken op celmembranen. Andere wetenschappers hadden al eerder gesuggereerd dat er acrylonitril op Titan kon voorkomen maar het werd nooit eerder aangetoond in de brij van organische of koolstofrijke moleculen die op Titan voorkomen.

Onderzoekers van de NASA hebben nu met behulp van de ALMA radiotelescoop (Atacama Large Millmeter/submillimeter Array) in Chili de chemische vingerafdruk van acrylonitril gevonden. Het team ontdekte grote hoeveelheden acrylonitril. Vermoedelijk komt het voor in de stratosfeer, dit deel van de atmosfeer geeft de maan zijn oranjebruine kleur. De hoeveelheden acrylonitril in de stratosfeer zijn zo groot dat er ook substantiële hoeveelheden aan het oppervlak moeten voorkomen.

Plantencellen van aardse planten zouden het niet lang uithouden op Titan. De oppervlaktetemperatuur is er ongeveer -179 °Celsius en er komen meren gevuld met vloeibare methaan voor.

In 2015 hielden wetenschappers zich bezig met de vraag of organische moleculen, onder de barre omstandigheden op Titan, structuren konden vormen die overeenkomen met de dubbellaagse lipiden van levende cellen op Aarde. Deze dubbellaagse lipiden zijn de hoofdcomponent van celmembranen die het binnenste van de cel scheiden van de buitenwereld. Het team noemde destijds acrylonitril als beste kandidaat.

Acrylonitril - vinylcyanide
Acrylonitril – vinylcyanide

Deze onderzoekers stelden dat moleculen acrylonitril konden polymeriseren en zo lagen vormen die lijken op celmembranen. Deze lagen zouden een holle microscopische bol kunnen vormen die ze “azotosoom” noemden. Deze bol kan dan dienen als een soort van opslag- en transportcontainer net zoals de bollen die door dubbellaagse lipiden gevormd kunnen worden.

De mogelijkheid om een stabiel membraan te vormen dat de binnenste omgeving afschermt van de buitenste omgeving is belangrijk omdat het er voor kan zorgen dat moleculen lang genoeg bij elkaar blijven om met elkaar te kunnen reageren. Als dergelijke membraanachtige structuren gevormd kunnen worden door acrylonitril dan is dat een belangrijke stap naar leven op Titan.

De onderzoekers van de NASA ontdekten dat er relatief veel acrylonitril aanwezig is in de atmosfeer van Titan: 2,8 ppm. Het meeste acrylonitril komt vermoedelijk voor in de stratosfeer op een hoogte van ongeveer 200 kilometer. Maar in de loop der tijd kan voldoende acrylonitril naar de onderste lagen van de atmosfeer zijn getransporteerd waar het condenseert en in de vorm van regen op het oppervlak terecht komt.

Astronomen hebben berekend hoeveel materiaal er, sinds het ontstaan van Titan, kan zijn afgezet in Ligeia Mare, het op één na grootste meer op Titan dat ongeveer zo groot is als Lake Huron en Lake Michigan samen. Ze berekenden dat er voldoende acrylonitril aanwezig kan zijn om ongeveer 10 miljoen azotosomen per millimeter te vormen. Op Aarde komen er gemiddeld ongeveer 1 miljoen bacteriën voor in het water aan de kusten van de oceanen.

Het acrylonitril werd ontdekt door het combineren van 11 hoge resolutiesets van de ALMA. De gegevens werden uit een archief van waarnemingen gehaald dat oorspronkelijk was bedoeld om de hoeveelheid licht dat iedere telescoop van ALMA ontvangt, te kalibreren.

In de gecombineerde dataset weden drie spectraallijnen gevonden die overeenkomen met de vingerafdruk van acrylonitril. Deze bevindingen komen tien jaar nadat andere onderzoekers de aanwezigheid van acrylonitril afleidden uit waarnemingen die met de massaspectrometer van de Cassini-sonde waren gedaan.

Volgens de onderzoekers is de detectie van deze astrobiologisch gezien belangrijke stof belangrijk in de kennisopbouw over hoe leven zich op ijswerelden als Titan zou kunnen ontwikkelen. De detectie laat tevens zien dat, chemisch gezien, ons zonnestelsel complex in elkaar zit.

ALMA is een internationaal samenwerkingsverband tussen de ESO, NSA, Japan en Chili.

Publicatie: Maureen Y. Palmer, et al., “ALMA detection and astrobiological potential of vinyl cyanide on Titan,” Science Advances 28 Jul 2017: Vol. 3, no. 7, e1700022; DOI: 10.1126/sciadv.1700022

Eerste publicatie: 1 augustus 2017
Bron: UniverseToday