ALMA
Die Bausteine des Lebens können überall entstehen
Redaktion / Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts für Astronomie
astronews.com
28. Juli 2025

Mithilfe des Radioteleskopverbunds ALMA wurden im jungen Sternsystem V883 Orionis erste Hinweise auf komplexe organische Verbindungen wie Ethylenglykol und Glykolnitril gefunden und damit mögliche Vorläufer von Zuckern und Aminosäuren. Das deutet darauf hin, dass die Bausteine des Lebens unter geeigneten Bedingungen im gesamten Universum gebildet werden können.

Diese künstlerische Darstellung zeigt die planetenbildende Scheibe um den Stern V883 Orionis. In den äußersten Bereichen der Scheibe sind flüchtige Gase zu Eis gefroren, welches komplexe organische Moleküle enthält. Ein Energieausbruch des Sterns erwärmt die innere Scheibe auf eine Temperatur, die das Eis verdampfen lässt und die komplexen Moleküle freisetzt, sodass sie nachgewiesen werden können. Die Ausschnittvergrößerung zeigt die chemische Struktur der in der protoplanetaren Scheibe nachgewiesenen und vermuteten komplexen organischen Moleküle. Bild:  ESO / L. Calçada / T. Müller (MPIA / HdA) (CC BY 4.0)  [Großansicht]

Ein Forschungsteam unter der Leitung von Abubakar Fadul vom Max-Planck-Institut für Astronomie (MPIA) hat mit dem ALMA-Teleskop komplexe organische Moleküle in der protoplanetaren Scheibe des Protosterns V883 Orionis entdeckt – darunter erstmals wahrscheinlich Ethylenglykol und Glykolnitril. Diese Verbindungen gelten als Vorstufen der Bausteine des Lebens. Ein Vergleich verschiedener kosmischer Umgebungen zeigt, dass sowohl die Häufigkeit als auch die Komplexität solcher Moleküle von Sternentstehungsgebieten hin zu Planetensystemen zunimmt. Dies deutet darauf hin, dass die Bausteine des Lebens bereits im Weltraum gebildet werden und weitverbreitet sind.

Komplexe organische Moleküle (COMs; complex organic molecules) wurden bereits an verschiedenen Orten nachgewiesen, die mit der Entstehung von Sternen und Planeten in Verbindung stehen. COMs bestehen aus mehr als fünf Atomen, darunter mindestens ein Kohlenstoffatom. Viele von ihnen gelten als Vorläufer wichtiger biologischer Verbindungen, etwa von Aminosäuren und Nukleinsäuren. Die Entdeckung von 17 COMs in der protoplanetaren Scheibe des Protosterns V883 Orionis schließt eine lang bestehende Lücke im Verständnis der chemischen Entwicklung dieser Moleküle – von der Zeit vor der Sternentstehung bis zur Bildung planetenbildender Scheiben. Erstmals konnten dabei auch die Signaturen von Ethylenglykol und Glykolnitril nachgewiesen werden. Aus Glykolnitril können sich die Aminosäuren Glycin und Alanin sowie die Nukleinbase Adenin bilden.

Der Übergang von einem kalten Protostern zu einem jungen Stern, der von einer Scheibe aus Staub und Gas umgeben ist, ist durch heftige Phasen mit Stoßwellen, intensiver Strahlung und gewaltigen Gasausstößen gekennzeichnet. Bislang wurde angenommen, dass diese extremen Bedingungen die zuvor gebildeten chemischen Verbindungen weitgehend zerstören. Gemäß dieses sogenannten "Reset"-Szenarios müssten die meisten chemischen Stoffe, die später zu lebenswichtigen Molekülen werden, erst in protoplanetaren Scheiben neu entstehen – während der Bildung von Kometen, Asteroiden und Planeten.

"Nun scheint aber genau das Gegenteil der Fall zu sein", erläutert Kamber Schwarz, eine MPIA-Wissenschaftlerin, die an der Studie beteiligt war. "Protoplanetare Scheiben übernehmen komplexe Moleküle aus früheren Stadien, und ihre chemische Evolution setzt sich während der Scheibenphase fort." Tatsächlich wäre die Zeit zwischen der energiereichen Protosternphase und der Entstehung einer stabilen protoplanetaren Scheibe zu kurz, um komplexe organische Moleküle in nachweisbaren Mengen neu zu bilden. Das bedeutet, dass die chemischen Voraussetzungen für biologische Prozesse nicht nur unter lokalen Bedingungen in einzelnen Planetensystemen vorliegen, sondern weitverbreitet sein könnten.

Bereits in dichten Gas- und Staubwolken, die Sternen vorausgehen, konnten einfache organische Moleküle wie Methanol nachgewiesen werden. Unter günstigen Bedingungen entstehen dort sogar komplexere Verbindungen wie Ethylenglykol – eine der nun in V883 Orionis entdeckten Substanzen. "Unsere Forschung zeigt, dass Ethylenglykol durch Bestrahlung mit UV-Licht aus Ethanolamin entstehen kann – einem Molekül, das kürzlich im Weltraum entdeckt wurde", erklärt Tushar Suhasaria, Leiter des MPIA-Labors zur Erforschung der Ursprünge des Lebens. "Dieser Befund lässt vermuten, dass Ethylenglykol nicht nur in frühen Sternentstehungsgebieten gebildet wird, sondern auch in späteren Entwicklungsstufen, wenn UV-Strahlung eine dominierende Rolle spielt." Noch komplexere organische Moleküle, die für biologische Prozesse essenziell sind – darunter Aminosäuren, Zucker und Nukleobasen, die DNA und RNA bilden – wurden bereits in Asteroiden, Meteoriten und Kometen unseres Sonnensystems nachgewiesen.

Die chemischen Reaktionen, die zur Bildung komplexer organischer Moleküle führen, finden bevorzugt unter extrem kalten Bedingungen statt – idealerweise auf eisbedeckten Staubpartikeln, die sich allmählich zu größeren Himmelskörpern verklumpen. Eingebettet in eine Mischung aus Gestein, Staub und Eis bleiben diese Moleküle meist verborgen. Diese Moleküle aufzuspüren ist nur möglich, indem man sie mit Raumsonden freilegt oder das Eis durch Wärme von außen verdampft. In unserem Sonnensystem geschieht dies, wenn etwa die Sonne einen Kometen erwärmt. Dadurch bildet sich ein eindrucksvoller Gas- und Staubschweif und eine Koma, eine Hülle aus Gas, die den Kometenkern umgibt. Freigesetzte Moleküle lassen sich so durch Spektroskopie – die regenbogenartige Zerlegung von Licht – nachweisen. Diese spektralen Fingerabdrücke helfen Astronomen, die zuvor im Eis verborgenen Moleküle zu bestimmen.

Ein ähnlicher Prozess spielt sich auch im System V883 Orionis ab. Der zentrale Protostern wächst weiter, indem er Gas aus der umgebenden Scheibe ansammelt. In bestimmten Wachstumsphasen heizt sich das einströmende Material stark auf und löst heftige Strahlungsausbrüche aus. "Diese Energie reicht aus, um selbst weit entfernte, eisige Regionen der Scheibe zu erwärmen und die dort verborgenen Moleküle freizusetzen", erklärt Fadul. "Komplexe Moleküle wie Ethylenglykol und Glykolnitril senden Radiowellen aus. ALMA ist daher ideal geeignet, um diese Signale zu empfangen", ergänzt Schwarz.

Die MPIA-Forschenden erhielten Beobachtungszeit am ALMA-Radiointerferometer über die Europäische Südsternwarte (ESO), die das Observatorium in der chilenischen Atacama-Wüste auf 5000 Meter Höhe betreibt. Mit ALMA - dem Atacama Large Millimeter/submillimeter Array - gelang es dem Team, das System V883 Orionis exakt anzuvisieren und die schwachen Spektralsignaturen nachzuweisen, die die aktuelle Entdeckung ermöglichten. "Dieses Ergebnis ist zwar aufregend, aber wir haben bisher nicht alle Signaturen entschlüsselt, die wir in unseren Spektren gefunden haben", sagt Schwarz. "Daten mit höherer Auflösung werden die Nachweise von Ethylenglykol und Glykolnitril bestätigen. Vielleicht sind darin noch komplexere Chemikalien verborgen, die wir bisher noch nicht identifiziert haben."

"Womöglich müssen wir auch andere Bereiche des elektromagnetischen Spektrums untersuchen, um noch längere Moleküle zu finden", unterstreicht Fadul. "Wer weiß, was wir noch alles finden werden?" Die Forschungsergebnisse wurden jetzt in der Fachzeitschrift Astrophysical Journal Letters veröffentlicht.