Lehdistötiedote

Ensimmäinen havainto metyylialkoholista planeettoja muodostavassa kiekossa

15. kesäkuuta 2016

ALMA-teleskooppi (Atacama Large Millimetre/Submillimetre Array) on havainnut orgaanisen molekyylin metyylialkoholi (metanoli) tähden TW Hydrae protoplanetaarisessa kiekossa. Tämä on ensimmäinen tällainen yhdisteen havainto nuoressa planeettoja muodostavassa kiekossa. Metanoli on tähän mennessä ainoa kiekoista löydetty monimutkainen orgaaninen molekyyli, joka on yksiselitteisesti peräisin jäisestä olomuodosta. Sen löytyminen auttaa tähtitieteilijöitä ymmärtämään planeettajärjestelmien muodostumisen aikaisia kemiallisia tapahtumaketjuja, jotka lopulta johtavat elämän rakenneosasten muodostumiseen.

Nuorta tähteä TW Hydrae ympäröivä protoplanetaarinen kiekko on tunnetuista lähinnä Maata, vain noin 170 valovuoden etäisyydellä. Siten se on ihanteellinen kohde kiekkoja tutkiville tähtitieteilijöille. Tämä järjestelmä muistuttaa läheisesti sitä, miltä tähtitieteilijät ajattelevat aurinkokunnan muistuttaneen sen muodostumisen aikohin yli neljä miljardia vuotta sitten.

ALMA-teleskooppi (Atacama Large Millimetre/Submillimetre Array) on kaikkein tehokkain tutkimuslaite läheisten kiekkojen kylmän kaasun koostumuksen ja jakauman kartoittamiseen. Näitä ainutkertaisia kykyjä on nyt hyödyntänyt Catherine Walshin (Leidenin observatorio, Alankomaat) johtama tähtitieteilijäryhmä TW Hydraen protoplanetaarisen kiekon kemian tutkimuksessa.

ALMA:n havainnot ovat paljastaneet kaasumaisen metyylialkoholin eli metanolin (CH₃OH) sormenjäljen ensimmäistä kertaa protoplanetaarisessa kiekossa. Metaanista johdettu metanoli on yksi suurimpia monimutkaisia orgaanisia molekyylejä, joka on tähän mennessä havaittu kiekoista. Sen läsnäolon tunnistaminen planeettoja edeltäviltä kappaleilta edustaa virstanpylvästä sen ymmärtämisessä kuinka orgaaniset molekyylit liittyvät yhteen tuleviksi planeetoiksi.

Metanoli on lisäksi itsessään monimutkaisempien, aminohappoyhdisteiden kaltaisten, perustavanlaatuisten, tärkeiden prebioottisten tyyppien rakennusosa. Sen seurauksena metanolilla on keskeinen rooli elämän vaatiman runsaan orgaanisen kemian muodostamisessa.

Tutkimuksen pääkirjoittaja, Catherine Walsh selittää: "Metanolin löytyminen protoplanetaarisessa kiekossa osoittaa ALMA:n ainutkertaiset kyvyt luodata kiekkojen monimutkaista orgaanista jäävarastoa ja siten ensimmäistä kertaa meidän on mahdollista katsoa ajassa taaksepäin nuoren, auringonkaltaisen tähden ympärillä olevan planeettojen lastentarhan kemiallisen monimuotoisuuden alkuperään."

Protoplanetaarisen kiekon kaasumainen metanoli on ainutkertaisen tärkeää astrokemiassa. Siinä missä muita tyyppejä muodostuu avaruudessa pelkän kaasufaasikemian puitteissa tai sekä kaasu- että kiinteän faasin yhdistelmän tuottamana, metanoli on monimutkainen orgaaninen yhdiste, joka muodostuu ainoastaan jääfaasissa tomuhiukkasten pintareaktioissa.

ALMA:n tarkan näön ansiosta tähtitieteilijät ovat kyenneet kartoittamaan TW Hydraen kiekon kaasumaista metanolia. He havaitsivat sitä rengasmaisena kuviona keskustähden lähellä olevan merkittävän päästön lisäksi [1].

Kaasufaasin metanolin löytyminen, yhdessä sen jakaumaa koskevan tiedon kanssa, viittaa siihen, että metanoli muodostui kiekon jääkiteissä ja myöhemmin vapautui kaasumaiseen muotoon. Tämä ensihavainto auttaa selvittämään metanolin jää-kaasu -siirtymän arvoitusta [2] ja yleisemmin astrofysikaalisten ympäristöjen kemiallisia prosesseja [3].

Yksi tutkimuksen kirjoittajista, Ryan A. Loomis lisää: "Kiekon kaasumaisessa muodossa oleva metanoli on yksiselitteinen tähden ja planeettojen muodostuksen varhaisen vaiheen runsaiden orgaanisen kemian prosessien osoitin. Tällä tuloksella on vaikutus ymmärtämyksellemme siitä kuinka orgaaninen aine kasaantuu hyvin nuorissa planeettajärjestelmissä."

Tämä onnistunut ensihavainto kylmästä kaasufaasin metanolista protoplanetaarisessa kiekossa tarkoittaa, että jään kemian tuotantoa voidaan nyt tutkia kiekoissa, mikä tasoittaa tietä planeettojen syntysijojen monimutkaisen orgaanisen kemian tuleville tutkimuksille. Tähtitieteilijöillä on nyt käytettävissään tehokas, uusi työkalu elämää ylläptävien eksoplaneettojen etsinnässä.

Lisähuomiot

[1] Metanolirengas 30 ja 100 tähtitieteellisen yksikön (AU) välillä toistaa ALMA:n havaitseman metanolikuvion. Tunnistettu rakenne tukee olettamusta, että pääosa kiekon jäävarannosta sijaitsee pääasiassa sisimmän 50 AU:n alueella sijaitsevilla suuremmilla (millimetrin kokoluokkaan asti) tomuhiukkasilla, jotka ovat erottuneet kaasusta ja ajelehtineet suoraan sisään kohti tähteä.

[2] Tässä tutkimuksessa, lämpödesorption sijaan (jossa metanoli vapautuu sublimaatiolämpötilaansa korkeammissa lämpötiloissa) tutkimusryhmä tuki ja pohti muita mekanismeja, mukaanlukien ultraviolettivalon aikaansaamaa valodesorptiota ja reaktiivista desorptiota. Tarkemmat ALMA-havainnot auttaisivat epäämättä nostamaan yhden vaihtoehdon toisten edelle.

[3] Kiekon keskiosien koostumuksen kemiallisten tyyppien säteittäinen vaihtelu ja erityisesti lumirajojen sijainnit ovat välttämättömiä ymmärtämyksellemme tuloillaan olevien planeettojen kemiasta. Lumirajat osoittavat rajan, jonka takana tietyt haihtuvat kemialliset tyypit jäätyvät tomuhiukkasten pinnalle. Metanolin löytyminen myös kiekon kylmemmistä ulko-osista osoittaa, että se kykenee vuotamaan paljon lämpödesorption laukaisemiseksi vaadittua sublimaatiolämpötilaansa kylmemmiltä hiukkasilta.

Lisätietoa

Tämä tutkimus esitettiin tutkimusjulkaisussa "First detection of gas-phase methanol in a protoplanetary disk”, jonka kirjoittivat Catherine Walsh et al. Tutkimusjulkaisu ilmestyi julkaisusarjassa Astrophysical Journal, Volume 823, Number 1.

Tutkimusryhmään kuuluvat Catherine Walsh (Leidenin observatorio, Leidenin yliopisto, Leiden, Alankomaat), Ryan A. Loomis (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge, Massachusetts, USA), Karin I. Öberg (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge, Massachusetts, USA), Mihkel Kama (Leidenin observatorio, Leidenin yliopisto, Leiden, Alankomaat), Merel L. R. van't Hoff (Leidenin observatorio, Leidenin yliopisto, Leiden, Alankomaat), Tom J. Millar (School of Mathematics and Physics, Queen’s University Belfast, Belfast, Iso-Britannia), Yuri Aikawa (Center for Computational Sciences, Tsukuban yliopisto, Tsukuba, Japani), Eric Herbst (Departments of Chemistry and Astronomy, University of Virginia, Charlottesville, Virginia, USA), Susanna L. Widicus Weaver (Department of Chemistry, Emory University, Atlanta, Georgia, USA) ja Hideko Nomura (Department of Earth and Planetary Science, Tokyo Institute of Technology, Tokio, Japani).

Kansainvälinen tähtitieteen tutkimuslaitos Atacama Large Millimetre/submillimetre Array (ALMA) on ESO:n, U.S. National Science Foundationin (NSF) ja Japanin National Institutes of Natural Sciencesin (NINS)  kumppanuushanke yhteistyössä Chilen kanssa. ALMA:a rahoittavat Euroopan eteläinen observatorio (ESO) jäsenmaidensa puolesta, NSF yhteistyössä Kanadan kansallisen tutkimusneuvoston (NRC) ja Taiwanin kansallisen tiedeneuvoston (NSC) kanssa sekä Japanin kansalliset luonnontieteelliset instituutit (NINS) yhteistyössä Taiwanin Academia Sinican (AS) ja Korea Astronomy and Space Science Instituten (KASI) kanssa.

ALMA:n rakentamista ja toimintaa ohjaa Euroopan osalta ESO, Pohjois-Amerikan osalta Kansallinen radiotähtitieteen observatorio (NRAO), jota hallinnoi Associated Universities, Inc. (AUI), ja Itä-Aasian osalta Japanin Kansallinen tähtitieteellinen observatorio (NAOJ). Yhteinen ALMA-observatorio (JAO) huolehtii ALMA:n rakentamisen, kokoonpanon ja operaation yhtenäisestä johdosta ja hallinnoinnista.

ESO on Euroopan johtava hallitustenvälinen tähtitieteen organisaatio ja maailman tieteellisesti tuotteliain tähtitieteellinen observatorio. ESO:lla on 16 jäsenmaata: Alankomaat, Belgia, Brasilia, Espanja, Iso-Britannia, Italia, Itävalta, Portugali, Puola, Ranska, Ruotsi, Saksa, Suomi, Sveitsi, Tanska ja Tšekin tasavalta. ESO toteuttaa kunnianhimoista ohjelmaa, joka keskittyy tehokkaiden maanpäällisten havaintovälineiden suunnitteluun, rakentamiseen ja käyttöön. Välineiden avulla tähtitieteilijät voivat tehdä merkittäviä tieteellisiä löytöjä. ESO:lla on myös johtava asema tähtitieteen tutkimuksen kansainvälisen yhteistyön edistämisessä ja organisoinnissa. ESO:lla on Chilessä kolme ainutlaatuista huippuluokan observatoriota: La Silla, Paranal ja Chajnantor. ESO:lla on Paranalilla Very Large Telescope (VLT), maailman kehittynein näkyvää valoa havainnoiva tähtitieteellinen observatorio, ja kaksi kartoitusteleskooppia. VISTA toimii infrapuna-alueella ja on maailman suurin kartoitusteleskooppi. VLT Survey Telescope on suurin vartavasten taivaan näkyvän valon kartoitukseen suunniteltu teleskooppi. ESO on yksi maailman suurimman tähtitieteellisen projektin, ALMA-teleskoopin pääyhteistyökumppaneista. Lähellä Paranalia sijaitsevalla Cerro Armazonesilla ESO rakentaa 39-metrin kokoista E-ELT -teleskooppia (European Extremely Large Telescope), josta tulee “maailman suurin tähtitaivasta havainnoiva silmä”.

Linkit

• Tutkimusjulkaisu
• Aikaisempia ALMA:n havaintoja kiekkojen orgaanisista yhdisteistä
• Valokuvia ALMA:sta
• Muita lehdistötiedotteita ALMA:lta

Yhteystiedot

Catherine Walsh
Leiden Observatory
Leiden University, The Netherlands
Puh.: +31 71527 ext 6287
Sähköposti: cwalsh@strw.leidenuniv.nl

Richard Hook
ESO Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Puh.: +49 89 3200 6655
Matkapuhelin: +49 151 1537 3591
Sähköposti: rhook@eso.org

Pasi Nurmi (Lehdistön yhteyshenkilö Suomi)
ESO Science Outreach Network ja University of Turku
Turku, Finland
Puh.: +358 29 4504 358
Sähköposti: eson-finland@eso.org

Connect with ESO on social media