Fosfor je jedním ze základních kamenů života. Jak se ale dostal na ranou Zemi?


Záběr pořízený radioteleskopem ALMA zachycuje detailní pohled na oblast s probíhající tvorbou hvězd AFGL 5142. Ve středu snímku se nachází mladá hmotná hvězda. Proudění plynu v jejím okolí vytváří proluky v zárodečné mlhovině. V okrajových partiích dutin mohou vznikat molekuly obsahující fosfor, například oxid fosforu (PO). Odlišné barvy představují hmotu pohybující se různou rychlostí. Foto: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Rivilla et al.

Chemický prvek fosfor je součástí naší DNA i buněčných membrán a je tedy významnou složkou života, jak ho známe. Jakým způsobem se ale dostal na ranou Zemi, je tak trochu záhada. Astronomům se však nyní – díky výkonu radioteleskopu ALMA a datům z evropské kosmické sondy Rosetta – podařilo vystopovat cestu fosforu z oblastí s probíhajícím vývojem hvězd až do jader komet. Výzkum ukázal, kde molekuly obsahující fosfor vznikají, jakým způsobem se transportují do materiálu komet a jak mohla jedna konkrétní molekula sehrát klíčovou úlohu v počátcích vývoje života na naší planetě.

TIP:   Odhalené tajemství nejvzdálenějšího studovaného tělesa Sluneční soustavy

Život na Zemi se objevil asi před 4 miliardami let . My ale stále neznáme procesy, které jeho vznik umožnily,“ říká Víctor Rivilla, vedoucí autor studie, která  byla publikována v prestižním vědeckém časopise Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Nové poznatky získané na základě pozorování radioteleskopem ALMA, jehož je ESO evropským partnerem, a údajů z přístroje ROSINA na palubě kosmické sondy Rosetta (ESA) ukázaly, že oxid fosforu (PO, phosphorus monoxide) je klíčovým dílkem skládanky vedoucí k porozumění původu života.

Díky výkonu radioteleskopu ALMA, který umožnil detailně nahlédnout do oblasti s probíhajícím vývojem hvězd známé pod označením AFGL 5142, mohli astronomové určit, kde přesně sloučeniny fosforu vznikají. Nové hvězdy a planetární systémy se utvářejí v nitrech  mezihvězdných oblaků plynu a prachu. Tyto mlhoviny jsou tedy ideálním místem, kde s pátráním po stavebních kamenech života začít.

Pozorování získaná pomocí radioteleskopu ALMA ukázala, že molekuly s vázaným fosforem vznikají během počátečního vývoje hmotných hvězd. Plyn proudící z mladých stálic vyhloubí v zárodečném mezihvězdném oblaku dutiny a molekuly obsahující fosfor následně vznikají na okrajích těchto proluk společným působením rázových vln a intenzivního záření hmotné hvězdy. Astronomové rovněž ukázali, že nejhojněji zastoupenou molekulou fosforu v těchto oblastech je právě oxid fosforu.

Poté co členové týmu ukončili pátrání po této molekule v mezihvězdných oblacích s probíhající tvorbou hvězd pomocí ALMA, pustili se do hledání také u jednoho z objektů Sluneční soustavy – dnes slavné komety 67P/Churyumov–Gerasimenko.

Cílem bylo sledovat životní cestu molekul obsahujících fosfor. Pokud okrajové části původních dutin v mezihvězdném oblaku také zkolabují a vzniknou v nich další hvězdy (především ty méně hmotné, podobné Slunci), mohou molekuly obsahující fosfor vymrznout a smísit se s ledy dalších sloučenin uchycených na prachových zrnech v okolí rodících se stálic. Dokonce ještě před ukončením vývoje hvězdy samotné dochází v jejím okolí ke slepování prachových zrn nejprve do podoby drobných valounků a následně kometárních jader, která se tak stávají přenašeči těchto molekul.

Během pobytu na oběžné dráze kolem komety 67P sbírala sonda Rosetta po dva roky data o složení jádra také prostřednictvím přístroje ROSINA (Rosetta Orbiter Spectrometer for Ion and Neutral Analysis). Známky přítomnosti fosforu se astronomům podařilo v datech najít již v minulosti, ale nevěděli, v jakých sloučeninách se tento prvek na jádře vyskytuje.

S řešením přišla Kathrin Altwegg, vedoucí vědecká pracovnice přístroje ROSINA a spoluautorka této nové studie, když se na konferenci setkala s astronomy zabývajícími se výzkumem oblastí s probíhající tvorbou hvězd pomocí radioteleskopu ALMA. Uvědomila si, že oxid fosforu by mohl  být vhodným kandidátem. Proto se celý tým vrátil k analýze dat z přístroje ROSINA a známky této molekuly skutečně našli!

Identifikace oxidu fosforu v materiálu kometárního jádra astronomům pomohla vystopovat pouť této molekuly od vzniku během rané fáze vývoje hvězd až na planetu Zemi.

Kombinace dat získaných pomocí radioteleskopu ALMA a přístroje ROSINA pomohla odhalit souvislosti chemických procesů doprovázejících formování hvězd, ve kterých oxid fosforu hraje klíčovou roli,“ poznamenává Víctor Rivilla (Arcetri Astrophysical Observatory, Italy’s National Institute for Astrophysics, INAF).

Fosfor je významný prvek pro život, jak ho známe,“ upozorňuje Kathrin Altwegg. „A jelikož komety pravděpodobně přinesly na mladou Zemi značné množství organických látek, objev molekuly oxidu fosforu v jádře 67P by mohl tuto předpokládanou spojitost mezi kometami a vývojem života na Zemi dále posílit.“

Spletitou cestu molekul bylo možné zdokumentovat na základě spolupráce řady astronomů. „Identifikaci molekuly oxidu fosforu očividně umožnila interdisciplinární výměna poznatků získaných dalekohledy ze Země a přístroji v kosmu,“ připomíná Kathrin Altwegg.

Leonardo Testi, astronom ESO a manažer evropské části projektu ALMA (ALMA European Operations Manager), dodává: „Porozumění našemu kosmickému původu, včetně nalezení odpovědi na otázku jak často se ve vesmíru vyskytují chemické podmínky vhodné pro vznik života, je jedním z hlavních úkolů moderní astrofyziky. Zatímco ESO a ALMA se zaměřují na pozorování molekul ve vzdálených mladých planetárních systémech, přímý výzkum chemie Sluneční soustavy umožňují kosmické mise ESA, jako například Rosetta. Spojení špičkových světových pozemních observatoří a kosmických zařízení na základě spolupráce mezi ESO a ESA je pro evropské vědce neocenitelným přínosem a umožňuje dosáhnout významných objevů, jakým je i tento.“

Zdroj: Vědecká tisková zpráva ESO