Astronomen ontdekken hoe fosfor ooit op aarde kwam

Zonder fosfor geen leven zoals wij dat kennen. Het scheikundig element is aanwezig in ons DNA en celmembranen. Fosfor is een belangrijke bouwsteen voor onze botten en tanden. Naast calcium is fosfor het meest voorkomende mineraal in ons lichaam. Het voorziet de cellen van energie. Wetenschappers proberen al lang het mysterie op te lossen van hoe en waar het op aarde kwam. Een groep internationale astronomen heeft nu de oorsprong weten te achterhalen. Zij vonden de weg die het heeft afgelegd, vanaf het gebied waar sterren worden geboren, tot aan de komeet waarmee het op de aarde terecht kwam.

Zij maakten daarbij gebruik van nieuwe opnames van de Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA)en de ROSINA-InstrumeAstronont aan boord van Rosetta (Rosetta Orbiter Spectrometer voor Ion en Neutrale Analyse).

Dit onthulde waar fosforhoudende moleculen worden gevormd, hoe ze in kometen terechtkomen en hoe waarschijnlijk een bepaald molecuul een doorslaggevende rol heeft gespeeld bij het begin van het leven op onze planeet: fosformonoxide. “Het leven verscheen ongeveer 4 miljard jaar geleden op aarde. Maar we weten nog steeds niet welke processen het hebben voortgebracht,” zegt Dr. Víctor Rivilla, een onderzoeker bij het Arcetri Astrofysisch Observatorium van INAF, het Nationaal Instituut voor Astrofysica van Italië.

Fosfor wordt al geruime tijd vermoed in stervormingsgebieden

Dankzij ALMA konden de onderzoekers een gedetailleerde blik werpen op het stervormingsgebied AFGL 5142 en aantonen waar fosforhoudende moleculen zoals fosformonoxide worden gevormd. Omdat nieuwe sterren en planetaire systemen worden geboren in wolkachtige gebieden van gas en stof tussen de sterren, zijn deze gebieden ideale plaatsen voor astronomen om te zoeken naar de bouwstenen van het leven. “Jaren geleden had men het al over fosfor in deze gebieden”, zegt Dr. Markus Nielbock van het Haus der Astronomie in Heidelberg..

De ALMA-waarnemingen hadden aangetoond dat fosforhoudende moleculen worden gevormd tijdens het ontstaan van massieve sterren, zo verklaren de wetenschappers. “Gasstromen van jonge massieve sterren openen holtes in interstellaire wolken. Op de wanden van de holtes worden fosforhoudende moleculen gevormd door het gecombineerde effect van schokgolven en straling van de jonge ster. Astronomen hebben ook aangetoond dat fosformonoxide het meest voorkomende fosforhoudende molecuul in de holle wanden is.

Vervolgens zochten ze naar sporen van deze fosforhoudende verbindingen in de beroemde komeet 67P/Churyumov-Gerasimenko. Die vonden ze. Wanneer de holle wanden instorten om een ster te vormen, vooral één die minder massief is dan de zon, kan het fosformonoxide bevriezen en vast komen te zitten in de ijzige stofkorrels die rond de nieuwe ster achterblijven, aldus de onderzoekers. Nog voordat de ster volledig gevormd is, komen deze stofkorrels samen en vormen ze steentjes, rotsen en uiteindelijk kometen, die transporteurs van fosformonoxide worden.

 

„Daar was het!“

Nadat astronomen aanwijzingen voor fosfor hadden gevonden in de ROSINA gegevens, verzamelde ROSINA gedurende twee jaar gegevens van 67P. De wetenschappers wisten echter niet welk molecuul het fosfor daar had gebracht. Op een conferentie kreeg de hoofdonderzoeker van Rosina en auteur van de nieuwe studie, Prof. Kathrin Altwegg, een indicatie van wat dit molecuul zou kunnen zijn. “Ze zei dat fosformonoxide een zeer waarschijnlijke kandidaat was. Dus ging ik terug naar onze gegevens; en daar was het!”

“De combinatie van de ALMA- en ROSINA-gegevens heeft een soort chemische streng in het hele proces van stervorming onthuld, waarin fosformonoxide de dominante rol speelt”, zegt Rivilla.

Specifiek zoeken naar fosfor

Nielbock benadrukt dat in toekomstig onderzoek nu specifiek naar fosfor kan worden gezocht. “Het kan best zijn dat veel groepen er nu op springen en nog eens naar al die stervormige regio’s kijken. Het kan zijn dat dit gewoon toeval is en dat het alleen daar gebeurt, en alleen onder deze omstandigheden.” Het zou dan nodig zijn om meer in detail te onderzoeken welke voorwaarden er aanwezig moeten zijn om fosfor zo te houden dat het gebruikt kan worden voor de ontwikkeling van leven op planeten.

“Volgens mij staat het buiten kijf dat er fosfor aanwezig moet zijn, omdat het iets is dat door eerdere generaties sterren is geproduceerd”, zegt de onderzoeker. “Maar dat het nu bewezen kan worden in de vorm van zulke zuurstof- en stikstofverbindingen, dat is iets nieuws. Het zou goed kunnen dat deze moleculen nuttig zijn omdat ze veel beter kunnen worden opgenomen in bepaalde elementen in dergelijke stofkorrels die later deze kometen vormen”.

Een bouwsteen van het leven

Met deze ontdekking zou opnieuw een bouwsteen van het leven gevonden kunnen zijn. “De vraag is nu al waar dit fosfor vandaan komt, dat we allemaal in ons lichaam hebben. In welke hoeveelheden komt het naar de aarde. En kunnen we er iets uit afleiden voor andere planeten”, zegt Nielbock. “Is het mogelijk om hieruit te concluderen dat de manier waarop het leven op aarde zich heeft ontwikkeld, iets typerends is of eerder afwijkend.”

De volgende stap zou daarom waarschijnlijk zijn om deze keten te verkennen. Een onderzoek naar de weg vanaf de geboorteplek van sterren, via kometen, tot aan planeten, waarop de levenscycli in gang worden gezet. “Het is dus zeker belangrijk dat we het goed bekijken”, benadrukt Nielbock. Kathrin Altwegg zocht immers naar fosfor in kometen en heeft het nooit gevonden. “Het was alleen door deze combinatie met zuurstof dat ze het in haar gegevens ontdekte. Zo gereconstrueerd hoe fosfor eigenlijk op de aarde terecht is gekomen.

“Fosfor is essentieel voor het leven zoals we dat kennen,” legt Altwegg uit. “Aangezien kometen waarschijnlijk grote hoeveelheden organische verbindingen aan de aarde hebben geleverd, zou het fosformonoxide van komeet 67P de relatie tussen kometen en het leven op aarde kunnen versterken.”

Titelfoto: De infographic toont de belangrijkste resultaten van een studie die het interstellaire pad van fosfor, een van de bouwstenen van het leven, aan het licht heeft gebracht. © ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Rivilla et al.; ESO/L. Calçada; ESA/Rosetta/NAVCAM; Mario Weigand, www.SkyTrip.de