Webb ziet de vroegste complexe organische moleculen in het heelal
De moleculen zijn gevonden in een sterrenstelsel dat is ontstaan toen het heelal nog maar 10% van zijn huidige leeftijd had.
In een vandaag verschenen artikel beschrijven astronomen dat ze de oudste voorbeelden hebben gevonden van complexe organische moleculen in het heelal.
Deze moleculen – vergelijkbaar met die voorkomen in rook en roet op Aarde – komen voor in een jong sterrenstelsel dat is ontstaan toen het heelal ongeveer 10% van zijn huidige leeftijd had.
De koolstofhoudende moleculen, zogenaamde polycyclische aromatische koolwaterstoffen (PAK’s), worden hier op Aarde o.a. gevonden in olie en steenkoolafzettingen maar ook in smog.
De gevonden moleculen zijn geen eenvoudige zoals water of koolstofdioxide maar het gaat om grote moleculen bestaande uit tientallen of honderden atomen.
Deze complexe organische moleculen komen algemeen voor in de ruimte waar ze vaak verbonden zijn met kleine stofdeeltjes. Astronomen onderzoeken ze omdat ze kunnen helpen bij het verkrijgen van meer inzichten van de activiteit in sterrenstelsels; bijvoorbeeld hoe ze de afkoelsnelheid van interstellair gas beïnvloeden. Het detecteren van deze moleculen in ver verwijderde sterrenstelsels ontstaan in het jonge heelal was echter altijd een hele uitdaging want telescopen op Aarde hebben een beperkte gevoeligheid en zijn beperkt in het golflengtegebied dat ze kunnen bestuderen.
Onderzoekers hebben de Webb Space Telescope gebruikt om deze moleculen te detecteren in een sterrenstelsel genaamd SPT0418-47 dat meer dan 12 miljard lichtjaar van de Aarde is verwijderd.
Volgens de onderzoekers is het opmerkelijk dat het heelal al snel na de Oerknal dergelijke grote, complexe moleculen kan maken.
Uitgaande van de grote afstand van SPT0418-47 is het licht dat astronomen nu detecteren uitgezonden toen het heelal minder dan 1,5 miljard jaar oud was (momenteel is het heelal ongeveer 13,8 miljard jaar oud). De voorheen oudste detectie van dergelijke moleculen was 2,5 miljard jaar na de Oerknal.
De ontdekking werd gedaan met behulp van een kromming in het weefsel van de ruimtetijd die bekend staat als een zwaartekrachtlens. Albert Einstein ontdekte dat massa de ruimtetijd vervormt, een beetje zoals een bowlingbal een rubberen plaat waarop hij rustte zou kunnen uittrekken. Hoe groter de massa van een object hoe meer ruimtetijd rond het item buigt en dus hoe sterker de zwaartekracht van het object is. De manier waarop zwaartekracht zich gedraagt betekent dat het licht kan buigen als een lens zodat een krachtig zwaartekrachtveld, zoals dat wordt geproduceerd door een massieve cluster van sterrenstelsels, kan werken als een gigantisch vergrootglas.
Astronomen ontdekten de vorige recordhouder voor de oudste complexe organische moleculen met behulp van meer dan een hele dag aan waarnemingen door de Spitzer Space Telescope. Ter vergelijking: met behulp van de Webb is er slechts een uur lang naar dit sterrenstelsel gekeken. Webb maakt het zoeken naar organische moleculen echt te gemakkelijk, aldus de onderzoekers.
Bovendien, terwijl eerdere pogingen om complexe organische moleculen in oude sterrenstelsels te detecteren alleen konden zeggen of ze er waren of niet laat de resolutie van Webb nu toe werkelijke details te zien waar binnen een sterrenstelsel de moleculen zich bevinden in plaats van alleen of ze er zijn of niet zijn. In SPT0418-47 zijn deze moleculen niet gelijkmatig over het sterrenstelsel verdeeld, de reden daarvoor moet nog worden onderzocht.
Al met al suggereren deze nieuwe bevindingen dat het mogelijk is dat sterrenstelsels “versneld” ontstaan. Het sterrenstelsel dat nu is bestudeerd is al net zo massief en zijn sterren hebben net zoveel koolstof en zuurstof gemaakt als ons eigen Melkwegstelsel, ook al heeft het maar een tiende van de leeftijd. Het is als een derdeklasser die al een hele carrière heeft geleefd – ging naar de universiteit, voltooide een carrière en ging toen op achtjarige leeftijd met pensioen. De nieuwe resultaten van Webb impliceren dat het voor sterrenstelsels niet echt moeilijk is om echt complexe moleculen te produceren door al deze rijke chemie die in de ruimte plaatsvindt.
Bovendien dachten wetenschappers eerder dat deze complexe organische moleculen verband hielden met stervorming. De nieuwe gegevens onthulden echter dat dit misschien niet altijd waar blijkt te zijn – de onderzoekers vonden verschillende regio’s met deze moleculen maar geen stervorming, en andere met nieuwe stervorming maar geen van deze moleculen.
Het vinden van deze grote, complexe moleculen in sterrenstelsels toen het heelal nog heel jong was, is een van de dingen die veel astronomen hoopten en verwachtten van Webb. Astronomen staan nu te popelen om naar nog verder weg gelegen, jongere sterrenstelsels te gaan in de hoop dat ze er ooit eentje vinden dat gewoon niet genoeg tijd heeft gehad om zulke grote moleculen te maken. Ook willen ze veel beter begrijpen waarom deze moleculen voorkomen in sommige regio’s van sterrenstelsels, maar niet in andere. Wat was er bijvoorbeeld speciaal aan de regio’s met deze moleculen waardoor grote moleculen snel konden ontstaan?
Het MIRI-instrument waar deze metingen met zijn gedaan lijkt op dit moment minder goed te presteren. Een team van ingenieurs onderzoekt momenteel de oorzaak en hopelijk vinden ze een oplossing. Mocht de degradatie van MIRI zich echter voortzetten dan zijn onderzoeken als deze over een jaar niet meer mogelijk.
De wetenschappers hebben hun bevindingen vandaag, 5 juni 2023, gepubliceerd in het tijdschrift Nature.
Eerste publicatie: 5 juni 2023
Bron: space.com/NASA/Nature
