Astronomen decken den interstellaren Zusammenhang eines der Bausteine des Lebens auf

Max-Planck-Institut für Astronomie

Phosphor, der in unserer DNA und in den Zellmembranen vorhanden ist, ist ein wesentliches Element für das Leben, wie wir es kennen. Aber wie es auf die frühe Erde gelangte, ist ein Rätsel. Astronomen haben nun die Reise des Phosphors von den Sternentstehungsgebieten bis zu den Kometen verfolgt, indem sie die vereinten Kräfte von ALMA und der Sonde Rosetta der Europäischen Weltraumagentur genutzt haben. Ihre Forschungen zeigen erstmals, wo sich phosphorhaltige Moleküle bilden, wie dieses Element in Kometen transportiert wird und wie ein bestimmtes Molekül eine entscheidende Rolle beim Beginn des Lebens auf unserem Planeten gespielt haben könnte.

„Das Leben erschien auf der Erde vor etwa 4 Milliarden Jahren, aber wir wissen immer noch nicht, welche Prozesse es hervorbrachten“, sagt Víctor Rivilla, der Hauptautor einer neuen Studie, die heute in der Zeitschrift Monthly Notices of the Royal Astronomical Society veröffentlicht wurde. Die neuen Ergebnisse des Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA), an dem die Europäische Südsternwarte (ESO) beteiligt ist, und des ROSINA-Instruments an Bord von Rosetta zeigen, dass Phosphormonoxid ein Schlüsselelement im Puzzle der Entstehung des Lebens ist.

Mit der Leistungsfähigkeit von ALMA, das einen detaillierten Blick in die Sternentstehungsregion AFGL 5142 ermöglichte, konnten die Astronomen aufzeigen, wo sich phosphorhaltige Moleküle, wie z.B. Phosphormonoxid, bilden. Neue Sterne und Planetensysteme entstehen in wolkenähnlichen Regionen aus Gas und Staub zwischen den Sternen, so dass diese interstellaren Wolken die idealen Orte sind, um die Suche nach den Bausteinen des Lebens zu beginnen.

Die ALMA-Beobachtungen zeigten, dass bei der Entstehung massereicher Sterne phosphorhaltige Moleküle entstehen. Gasströme von jungen massereichen Sternen öffnen Hohlräume in den interstellaren Wolken. An den Wänden der Hohlräume bilden sich phosphorhaltige Moleküle durch die kombinierte Wirkung von Stoßwellen und Strahlung des jungen Sterns. Die Astronomen haben auch gezeigt, dass Phosphormonoxid das am häufigsten vorkommende phosphorhaltige Molekül in den Hohlraumwänden ist.

Im Anschluss an die Suche nach diesem Molekül in Sternentstehungsgebieten mit ALMA begab sich das europäische Team zu einem Objekt im Sonnensystem: dem inzwischen berühmten Kometen 67P/Churyumov-Gerasimenko. Die Idee war, den Spuren dieser phosphorhaltigen Verbindungen zu folgen. Wenn die Hohlraumwände zu einem Stern zusammenfallen, insbesondere zu einem weniger massereichen wie der Sonne, kann Phosphormonoxid ausfrieren und in den eisigen Staubkörnern, die um den neuen Stern herum verbleiben, eingeschlossen werden. Noch bevor der Stern vollständig gebildet ist, kommen diese Staubkörner zusammen und bilden Kieselsteine, Felsen und schließlich Kometen, die zu Transportern von Phosphormonoxid werden.

ROSINA, die Abkürzung steht für Rosetta Orbiter Spectrometer for Ion and Neutral Analysis, sammelte zwei Jahre lang Daten von 67P, während Rosetta den Kometen umkreiste. Die Astronomen hatten zuvor in den ROSINA-Daten Hinweise auf Phosphor gefunden, wussten aber nicht, welches Molekül ihn dorthin getragen hatte. Kathrin Altwegg, die leitende Forscherin von Rosina und Autorin der neuen Studie, bekam einen Hinweis darauf, was dieses Molekül sein könnte, nachdem sie auf einer Konferenz von einem Astronomen, der mit ALMA Sternentstehungsgebiete untersucht, angesprochen wurde: „Sie sagte, dass Phosphormonoxid ein sehr wahrscheinlicher Kandidat wäre, also ging ich zurück zu unseren Daten und da war es!“

Diese erste Sichtung von Phosphormonoxid auf einem Kometen hilft den Astronomen, eine Verbindung zwischen den Sternentstehungsgebieten, in denen das Molekül entsteht, bis zur Erde herzustellen.

„Die Kombination der ALMA- und ROSINA-Daten hat eine Art chemischen Strang während des gesamten Prozesses der Sternentstehung aufgedeckt, bei dem Phosphormonoxid die dominierende Rolle spielt“, sagt Rivilla, Forscher am Astrophysikalischen Observatorium Arcetri des INAF, Italiens Nationalinstitut für Astrophysik.

„Phosphor ist essentiell für das Leben, wie wir es kennen“, fügt Altwegg hinzu. „Da Kometen höchstwahrscheinlich große Mengen an organischen Verbindungen zur Erde geliefert haben, könnte das Phosphormonoxid des Kometen 67P die Verbindung zwischen Kometen und dem Leben auf der Erde verstärken.“

Diese faszinierende Reise konnte durch die Zusammenarbeit der Astronomen dokumentiert werden. „Der Nachweis von Phosphormonoxid ist eindeutig dem interdisziplinären Austausch zwischen den Teleskopen auf der Erde und den Instrumenten im Weltraum zu verdanken“, sagt Altwegg.

Leonardo Testi, ESO-Astronom und ALMA European Operations Manager, fasst zusammen: „Das Verständnis unserer kosmischen Ursprünge, einschließlich der Frage, wie häufig die für die Entstehung von Leben günstigen chemischen Bedingungen sind, ist ein wichtiges Thema der modernen Astrophysik. Während sich ESO und ALMA auf die Beobachtung von Molekülen in weit entfernten jungen Planetensystemen konzentrieren, wird die direkte Erforschung des chemischen Inventars in unserem Sonnensystem durch ESA-Missionen wie Rosetta ermöglicht. Die Synergie zwischen den weltweit führenden Einrichtungen am Boden und im Weltraum durch die Zusammenarbeit zwischen ESO und ESA ist ein wichtiger Aktivposten für die europäischen Forscher und ermöglicht Entdeckungen wie die in diesem Artikel beschriebene.“

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  1. Kreislauf der Materie im Universum

    Auf der Erde erkennen wir diverse Kreisläufe, der am besten sichtbare ist der Kreislauf des Wassers. Dabei sind ebenso bedeutungsvoll der Kreislauf des Stickstoffes, der Kohle, des Sauerstoffes.

    Für Fachleute der Erdkunde ist auch der Kreislauf der Gesteine eminent.

    1 = Magma;
    2 = Erstarrung und Kristallisation;
    3 = magmatische Gesteine;
    4 = Verwitterung und Erosion;
    5 = Sedimentation;
    6 = Sedimente und Sedimentgesteine;
    7 = Metamorphose und Rekristallisation;
    8 = metamorphe Gesteine;
    9 = Aufschmelzen

    Fundamental ist jedoch der Kreislauf der Materie im Universum.
    Im terrestrischen Bereich erfahren die Stoffe Veränderungen im Aggregatzustand, fest – flüssig – gasförmig.

    Im Kreislauf des Universums wird jedoch die Materie vollständig aufgelöst. Sie zerstrahlt derart, dass sie als „Nichts“ erscheint und trotzdem vorhanden ist.

    In der Terminologie der Physik ist dies die Vakuumenergie.
    Nach der taoistischen Philosophie wird dieser Kreislauf mit den Worten erläutert:
    „Die große Leere kann nur aus Ch’i bestehen; dieses Ch’i muß sich verdichten, um alle Dinge zu bilden; und diese Dinge müssen sich wieder auflösen, um wieder die große Leere zu füllen.“ – Dabei wird Ch’i als formloses Gas angenommen. In der Realität ist dies kein Gas, denn absolut vollständig aufgelöst sind auch die Elementarteilchen der Atome, es existiert ein materieloser Zustand.
    Dieser Zustand ist das kosmische Substrat, das Fundament des Universums.
    Ohne dieses fundamentale Substrat, das simultan tief statische bis hoch dynamische Eigenschaften aufweisen kann, gäbe es kein Universum. Wäre das kosmische Substrat nur in einem tief statischen Verhalten so bestünde absolute Ruhe. Vollständig bewegungslos gäbe es auch keine Zeit. Somit gäbe es auch keine Materie und kein Leben, denn Materie entsteht durch Verdichtung des kosmischen Substrates. Zur Verdichtung ist Bewegung und damit Bewegung existiert ist Dynamik erforderlich.

    Woher kommt diese Kraft? –

    Bei Zerstrahlung der Materie sind Wellenbewegungen in hohen Frequenzen bis zu 1023 Hz und darüber hinaus erkennbar. Diese Strahlungsenergie ist der dynamische Teil des kosmischen Substrates. Sie entsteht kontinuierlich infolge Übersättigung nach Verdichtung, also bei der Entstehung der Materie. –
    Trifft Strahlung auf bestehende Materie so folgt Erregung die zu weiteren Verdichtungen, wie bei der Photosynthese, kann aber auch zu Reduktionen und zu Störungen führen.
    Strömt Strahlung in materielose Räume so kühlt sie sich während ihrer Ausbreitung ab, wird bewegungslos, bildet somit den statischen Teil des kosmischen Substrates. Das statische kosmische Substrat ist jederzeit auch erregbar, wie durch die Signalübertragung bewiesen wird.

    Wie erfolgt Verdichtung?

    Entstehung der Masse – Materie

    Die Grundlage zur Entstehung der Masse ist die Welligkeit im kosmischen Substrat. Die Welligkeit besteht aus unzählbaren Wellenarten mit diversen Wellenlängen, ein enormes Wellenspektrum.
    Der Kern der Masse entsteht durch die Verknotung von Wellen.

    Als Beispiel: Wenn zwei Zirkularwellen gleicher Frequenz, gleichem Drehsinn, ungleicher Amplitude, aus Gegenrichtung axial ineinander fliessen und dadurch eine Kugelwelle entsteht, kann sich daraus ein Resonator analog einem Kugelwellenresonator mit einer Eigenresonanz entwickeln. Erzeugt dieser Kugelwellenresonator die Absorptions-, Akkumulations- und Emissionsfähigkeit, ist das Basiselement, gewissermassen der Embryo der Materie gegeben.

    Sphewr Kugelwellenresonator
    (spherical wave resonator)

    1. Schritt
    Zirkularwellen (blau & grün) gleicher Frequenz, gleichem Drehsinn, ungleicher Amplitude
    fliessen axial ineinander

    2. Schritt
    Durch die Dämpfungswirkung der beiden Wellen erfolgt aperiodisch Reduktion der Amplituden

    3. Schritt
    Durch die Reduktion der Amplituden erfolgt dem 4-pol Effekt entsprechend Drehung und Rückfluss der Wellen (rot)

    4. Schritt
    Bei Kontakt der neu entstandenen Wellen (rot) erfolgt deren Überlagerung und, wenn die Phase übereinstimmt eine Eigenresonanz.

    5. Schritt
    Nach Eintritt der Resonanz entsteht die Kugelwelle gemäss dem gaussschen Prinzip und danach ein Kugelwellenresonator mit den Eigenschaften: Absorption, Akkumulation, Emission

    Solche Resonatoren entstehen in submikro Dimensionen in die wir bis dato nur mathematisch vordringen, messtechnisch jedoch noch nicht erfassen können.
    Dieser Resonator kann sich stetig verändern, weiterentwickeln, wachsen oder auch auflösen. Infolge seiner kugelförmigen Geometrie kann eine sehr verwickelte Wellenstruktur entstehen.

    Absorption und Emission ermöglichen die Wechselwirkung zu den anderen „Dingen“. Die Absorptionsfähigkeit verursacht auf die Umgebung einen Sog, eine Anziehungskraft, eine gravitative Wirkung. Hier sitzt der Kernpunkt der Gravitation und der Wechselwirkungen.

    Materie – Atome

    Damit aus dem Urkern der Masse Materie entsteht ist im Basisresonator eine intrinsische Wellenstruktur erforderlich, derart, dass physikalische Merkmale, wie Dichte, Schmelzpunkt, Siedepunkt, Härte, Aussehen, Wärmeleitfähigkeit, Elektrische Leitfähigkeit, usw., sicht- und messbar werden. –

    Das infolge Absorption aufgenommene kosmische Substrat wird akkumuliert, was in entsprechender Volumenvergrösserung des Kugelresonators erkennbar, im Wachsen der Materie sichtbar ist. Weiter entsteht Materie durch Kopplung (Kopplung nach der Art von Seifenblasen) verschiedener Kugelresonatoren mit gleichen und ungleichen Wellenstrukturen. Kopplung ungleicher Wellenstrukturen führt zu neuen Elementen mit anderen Eigenschaften.

    Als Beispiel ein allgemein bekannter Vorgang: „Wenn Wasserstoff und Sauerstoff, beide in gasförmigem Zustand, fusionieren, entsteht unter Abgabe von Energie flüssiges Wasser“.

    Aus den Kugelresonatoren entstehen zuerst die Elementarteilchen, daraus die Atome und danach durch weitere Kopplungen die immense Zahl von Molekülen und die vielen Varianten der Materie.

    Ursache für die Entwicklung ist stets die Absorptionsfähigkeit des Urkernes.

    Ebenso wirkungsvoll ist die Emissionsfähigkteit. Je nach intrinsischer Wellenstruktur tritt nach Akkumulation eine Sättigung ein, wonach eine Emission in Form von Strahlung erzwungen wird. Emission eines Kugelresonators wirkt je nach Strahlungsfrequenz und Intensität auf die umgebende Materie. Strahlung kann erregen, aber auch dämpfen und zerstören.

    Leben
    So wie die Materie entsteht, entstehen auch die Lebewesen. In den Kugelresonatoren, die permanent durch das kosmische Substrat pulsiert werden, ist die stetige Dynamik enthalten. Die enormen Varianten an akkumulierten intrinsischen Wellenstrukturen ermöglichen Organismen zu gestalten die durch stetige Anpassung, Entwicklung und Wachstum, die Vielfalt der Lebensformen manifestieren.

    Liken

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