‘Bounce’-kometen kunnen de bouwstenen vormen voor het leven van exoplaneten

Hoe zijn de moleculaire bouwstenen van het leven op aarde geëindigd? Een oude theorie is dat ze via kometen zouden kunnen zijn aangekomen. Nu hebben onderzoekers van de Universiteit van Cambridge aangetoond hoe kometen bouwstenen kunnen afzetten die vergelijkbaar zijn met andere planeten in de Melkweg.

Om organisch materiaal te kunnen leveren, moeten kometen relatief langzaam bewegen, met snelheden van minder dan 15 kilometer per seconde. Bij hogere snelheden zullen de onderliggende moleculen niet kunnen overleven, omdat de snelheid en temperatuur van de botsing ervoor zorgen dat ze uiteenvallen.

De meest waarschijnlijke plaats waar kometen met de juiste snelheid zouden kunnen bewegen, zijn ‘erwt-in-een-peul’-systemen, waarbij een groep planeten dicht bij elkaar cirkelen. In een dergelijk systeem zou een komeet van de baan van de ene planeet naar de andere kunnen ‘stuiteren’, waardoor deze wordt vertraagd.

Bij voldoende lage snelheden zal de komeet in botsing komen met het oppervlak van de planeet, waarbij intacte moleculen vrijkomen waarvan onderzoekers denken dat ze voorlopers van het leven zijn. Resultaten, genoemd In de Procedures van de Royal Society AHet suggereert dat dergelijke systemen veelbelovende plekken zouden zijn om naar leven buiten ons zonnestelsel te zoeken als de komst van kometen belangrijk is voor de oorsprong van het leven.

Het is bekend dat kometen een groep elementen bevatten die essentieel zijn voor het leven, bekend als prebiotische moleculen. Monsters van de asteroïde Ryugu, geanalyseerd in 2022, toonden bijvoorbeeld aan dat deze intacte aminozuren en vitamine B3 bevatte. Kometen bevatten ook grote hoeveelheden waterstofcyanide (HCN), een ander belangrijk molecuul uit prebiotische organismen. De sterke bindingen tussen koolstof en stikstof in HCN maken het duurzamer bij hoge temperaturen, waardoor de kans groter is dat het in de atmosfeer overleeft en intact blijft.

‘We leren steeds meer over exoplanetaire atmosferen, dus we wilden weten of er planeten waren waar complexe moleculen ook door kometen bereikt konden worden’, zegt eerste auteur Richard Anslow van het Cambridge Institute of Astronomy. “Het is mogelijk dat de moleculen die aanleiding gaven tot het leven op aarde afkomstig zijn van kometen, dus hetzelfde zou kunnen gelden voor planeten elders in de Melkweg.”

De onderzoekers beweren niet dat kometen noodzakelijk zijn voor het ontstaan ​​van leven op aarde of op welke andere planeet dan ook, maar wilden in plaats daarvan enkele beperkingen stellen aan de soorten planeten waar complexe moleculen, zoals HCN, met succes door kometen kunnen worden afgeleverd.

De meeste kometen in ons zonnestelsel bevinden zich buiten de baan van Neptunus, in wat bekend staat als de Kuipergordel. Wanneer kometen of andere Kuipergordelobjecten (KBO’s) met elkaar botsen, kan de zwaartekracht van Neptunus ze naar de zon duwen, en uiteindelijk worden ze door de zwaartekracht van Jupiter getrokken. Sommige van deze kometen banen zich een weg door de asteroïdengordel naar het binnenste zonnestelsel.

“We wilden onze theorieën testen op planeten die vergelijkbaar zijn met de onze, omdat de aarde momenteel het enige voorbeeld is dat we hebben van een planeet die leven ondersteunt”, zei Anslow. “Welke soorten kometen, die met welke snelheid bewegen, kunnen intacte prebiotische moleculen afleveren?”

Met behulp van een verscheidenheid aan wiskundige modelleringstechnieken hebben de onderzoekers vastgesteld dat het mogelijk is dat kometen de protomoleculen van het leven kunnen leveren, maar alleen in bepaalde scenario’s. Voor planeten die rond een ster draaien die vergelijkbaar is met onze zon, moet de planeet een lage massa hebben en het is voordelig als de planeet zich in een baan bevindt die dicht bij de andere planeten in het systeem ligt.

De onderzoekers ontdekten dat nabijgelegen planeten met nauwe banen veel belangrijker zijn dan planeten die rond sterren met een lage massa draaien, waar de typische snelheden veel hoger zijn.

In een dergelijk systeem kan een komeet door de zwaartekracht van de ene planeet worden voortgetrokken en vervolgens naar een andere planeet worden overgebracht voordat hij inslaat. Als een ‘komeetovergang’ vaak genoeg plaatsvindt, zal de komeet voldoende vertragen zodat sommige prebiotische moleculen kunnen overleven als ze in de atmosfeer terechtkomen.

“In deze dichtbevolkte systemen heeft elke planeet de kans om met de komeet in wisselwerking te treden en deze in de val te lokken”, aldus Anslow. “Het is mogelijk dat prebiotische moleculen via dit mechanisme op planeten terechtkomen.”

Voor planeten die rond sterren met een lage massa draaien, zoals M-dwergsterren, zou het voor kometen moeilijk zijn om complexe moleculen af ​​te leveren, vooral als de planeten losjes opeengepakt zijn. Rotsachtige planeten in deze systemen ondervinden ook aanzienlijke impacts met hoge snelheid, wat unieke uitdagingen kan opleveren voor het leven op deze planeten.

De onderzoekers zeggen dat hun resultaten nuttig kunnen zijn bij het bepalen waar te zoeken naar leven buiten het zonnestelsel.

“Het is spannend dat we kunnen beginnen te bepalen wat voor soort systemen we kunnen gebruiken om verschillende activascenario’s te testen”, aldus Anslow.

“Het is een andere manier om naar het geweldige werk te kijken dat al op aarde is gedaan. Wat zijn de moleculaire routes die hebben geleid tot de enorme diversiteit aan leven die we om ons heen zien? Zijn er andere planeten met dezelfde routes? Het is een een opwindende tijd, om ‘de vooruitgang in de astronomie en de scheikunde te kunnen combineren om enkele van de meest fundamentele vragen van allemaal te bestuderen.’