A csillagászoknak a NASA, az ESA és a CSA űrügynökségek által működtetett James Webb-űrtávcsővel most először sikerült kimutatniuk a metil kationt (CH3+) egy fiatal csillag körüli bolygókeletkezési korongban.

Ennek az összetett ionnak van egy különleges tulajdonsága: gyengén reagál csak a világegyetem leggyakoribb elemével, a hidrogénnel, ugyanakkor hajlamos összekapcsolódni más molekulákkal, ami segíti a bonyolultabb szénalapú szerves molekulák felépülését. A szerves kémia kitüntetett szerepet játszik az asztrokémiában, illetve az asztrobiológiában, hiszen itt a Földön minden ismert életforma szénalapú. A CH3+ ion központi szerepét már a ’70-es években prognosztizálták az elméleti kutatók, ám ezután még fél évszázadnak kellett eltelnie, hogy olyan műszer birtokába jusson az emberiség, amivel valóban ki is mutatható ez a molekula a csillagközi térben – mégpedig egy olyan helyen, ahol a jövőben akár életnek otthont adó bolygók is kialakulhatnak.

Az Orion-köd részlete a James Webb-űrtávcső felvételén, ahol a kutatók felfedezték a CH3+ kationt tartalmazó bolygókeletkezési korongot. Forrás: ESA/Webb, NASA, CSA, M. Zamani (ESA/Webb), a PDRs4All ERS csoport.

Minthogy ezek képezik minden ismert életforma alapját, így a földi élet kialakulását, valamint a földön kívüli élet esetleges nyomait tanulmányozó kutatók is erősen érdeklődnek a szerves vegyületek iránt. A csillagközi szerves kémia ezért kiterjedt kutatási szakterület. A molekuláris ionok pedig különösen fontosak, hiszen ezek más molekulákkal reagálva összetettebb szerves vegyületeket alkothatnak, még a csillagközi térben uralkodó alacsony hőmérsékleteken is.

A CH3+ talán a leginkább kitüntetett figyelmet élvező molekuláris ion. Változatos reakcióképessége miatt ezt az összetett iont már a ’70-es évek óta fontos szereplőnek tekintik az asztrokémikusok, sőt a metil kationt sokan egyenesen a csillagközi szerves kémia sarokkövének nevezik. Mégis, a világűrbeli CH3+ kimutatása egészen mostanáig váratott magára.

A metil kationt elméleti asztrokémikusok, megfigyelő csillagászok és kísérleti spektroszkópusok közösen mutatták ki, a James Webb-űrtávcső és földi laboratóriumi mérések segítségével. A csillagközi CH3+ ion megfigyelését nehezíti, hogy szimmetrikus szerkezete miatt elektromos töltései teljesen kiegyenlítik egymást, vagyis nincs állandó dipólmomentuma, ezért rádiótávcsövekkel nem érzékelhető. A molekula infravörös spektroszkópiai vonalai ugyan ismertek voltak, ám ezek a földi légkör elnyelése miatt bolygónk felszínéről gyakorlatilag megfigyelhetetlenek. Ezért váratott magára a felfedezés egészen mostanáig, a James Webb infravörös teljesítményének elérhetővé válásáig.

A James Webb-űrtávcső különböző műszereinek különböző nagyítású felvételei a tőlünk 1350 fényévre, az Orion-ködben található d203-506 katalógusjelű rendszerről, amelyben a csillagászok felfedezték a CH3+ kationt. Forrás: ESA/Webb, NASA, CSA, M. Zamani (ESA/Webb), a PDRs4All ERS csoport.

A CH3+ molekulát a tőlünk 1350 fényévre, az Orion-ködben található d203-506 katalógusjelű rendszer bolygókeletkezési korongjában azonosították a szakemberek. Ez egy, a Napnál tízszer kisebb tömegű vörös törpecsillagot ölel körül, ám a korong egyúttal erős ultraibolya-besugárzást szenved egy közeli fiatal, forró, nagy tömegű csillagtól. A kutatók úgy képzelik, hogy a legtöbb protoplanetáris korong átmegy egy ilyen erős UV-besugárzási fázison, hiszen a csillagok többsége csoportosan keletkezik, és ezekben a csoportokban rendszerint előfordulnak ilyen nagy tömegű forró csillagok is. Érdekesség, hogy a Naprendszer meteoritjainak vizsgálata azt mutatja, hogy életének korai szakaszában a saját rendszerünk is átesett egy ilyen besugárzási fázison, ám ennek a sugárzásnak a forrását jelentő csillag nagy tömege és így rövid élete miatt ma már nem létezik.

A CH3+ létrejöttéhez tehát UV-sugárzásra van szükség, ami meglepő, hiszen a szakemberek ezt az intenzív behatást a szerves vegyületekre nézve teljesen rombolónak gondolták korábban. Megfigyelések szerint az UV-sugárzás a korong víztartalmára is negatív hatással van. Ennek a látszólagos ellentmondásnak a feloldása a jelenlegi tanulmány szerzői szerint az, hogy a végeredmény a besugárzás mértékének kényes egyensúlyán múlik. A bolygókeletkezési korong életének korai szakaszában elszenvedett UV-sugárzás mértéke alapvetően befolyásolja a létrejövő anyag kémiai jellemzőit.

A csillagközi CH3+ kation felfedezéséhez a James Webb-űrtávcső kiemelkedő teljesítőképességére és különleges műszerei kellettek. De a tudományos áttöréshez szükség volt a különböző hátterű kutatók szakértelmére és együttműködésére is.

Forrás: ESA