Waarom zit er zo weinig stikstof in komeet 67P / Churyumov-Gerasimenko (67P)? Dat is een vraag die wetenschappers zich afvroegen toen ze naar de gegevens van het ESA-Rosetta-ruimtevaartuig keken. Het is zelfs een vraag die ze zichzelf stellen elke keer dat ze de gassen in de coma van een komeet meten. Toen Rosetta de komeet in 2014 bezocht, mat hij de gassen en ontdekte dat er heel weinig stikstof was.
In twee nieuwe artikelen die zijn gepubliceerd in Nature Astronomy, suggereren onderzoekers dat de stikstof helemaal niet ontbreekt, het is gewoon verborgen in de bouwstenen van het leven.
Rosetta werd gelanceerd in 2004 en het duurde 10 jaar om de komeet 67P te bereiken. Het bestudeerde het ongeveer twee jaar voordat het zijn missie beëindigde door tegen de komeet te botsen. Rosetta stuurde ook de lander Philae naar de oppervlakte, en ondanks een moeilijke landing die zijn missie verlamde, was de lander nog steeds in staat om foto's te maken van het oppervlak van de komeet.
Dat was drie jaar geleden en wetenschappers werken nog steeds aan de gegevens.
"Hoewel de activiteiten van Rosetta meer dan drie jaar geleden zijn beëindigd, biedt het ons nog steeds een ongelooflijke hoeveelheid nieuwe wetenschap en blijft het een werkelijk baanbrekende missie."
Matt Taylor, ESA's Rosetta Project Scientist.
Kometen zijn grotendeels ijsballen, en toen komeet 67P de zon naderde, sublimeerde de hitte het materiaal van de komeet in zijn coma, een gasvormige, wazige klodder die de komeet omringt. Toen Rosetta het coma analyseerde, bevatte het de verwachte hoeveelheden chemicaliën zoals zuurstof en koolstof, maar was het stikstofarm.
"De reden achter deze stikstofuitputting is een belangrijke open vraag gebleven in de kometenwetenschap", zegt Kathrin Altwegg van de Universiteit van Bern, Zwitserland, hoofdonderzoeker van het Rosetta Orbiter Spectrometer for Ion and Neutral Analysis (ROSINA) instrument en hoofdauteur van een nieuwe studie.
Toen wetenschappers in het verleden met deze ontbrekende stikstof werden geconfronteerd, dachten wetenschappers dat N2 (moleculaire stikstof) was te vluchtig om te condenseren in komeetijs toen de komeet zich vormde. Een andere mogelijke verklaring is dat het mogelijk verloren is gegaan gedurende de levensduur van ongeveer 4,6 miljard jaar van het zonnestelsel. Maar deze nieuwe studies tonen aan dat deze verklaringen worden afgewezen.
"Met behulp van ROSINA-waarnemingen van komeet 67P ontdekten we dat deze‘ ontbrekende ’stikstof in feite vastzit in ammoniumzouten die moeilijk te detecteren zijn in de ruimte, 'zei Altwegg in een persbericht.
"Het vinden van ammoniumzouten op de komeet is enorm spannend vanuit astrobiologisch perspectief."
Kathrin Altwegg, hoofdonderzoeker, Rosetta Orbiter-spectrometer voor ion- en neutrale analyse (ROSINA)
Een van de nieuwe artikelen is getiteld "Bewijs van ammoniumzouten in komeet 67P als verklaring voor de uitputting van stikstof in cometaire comae." Vluchtige stikstof in de coma van een komeet wordt over het algemeen vervoerd in NH3 (Ammonia) en HCN (Hydrogen Cyanide.) Ammonia kan gemakkelijk gecombineerd worden met andere zuren zoals HCN, HNCO (Isocyanic Acid) en HCOOH (Formic Acid) om ammoniumzouten te vormen. De ammoniumzouten komen voor bij lage temperaturen in komeetijs en in het interstellaire medium.
Ammoniumzouten kunnen een sleutelrol spelen in de bouwstenen van het leven. Men denkt dat ze de voorlopers van het leven zijn en de startende verbindingen zijn voor complexere moleculen zoals ureum en het aminozuur glycine. Maar ze zijn moeilijk te detecteren in de ruimte. Ze zijn vluchtig en onstabiel als een gas en hun infraroodsignaal kan verborgen en moeilijk te detecteren zijn.
Het idee dat kometen de bouwstenen van het leven bevatten en een soort rol spelen bij de verspreiding ervan door het zonnestelsel is oud. In de beginjaren werd de aarde bestookt met kometen die water - en waarschijnlijk de bouwstenen - naar de aarde brachten. In 2016 werd dat idee opnieuw bevestigd toen Rosetta zowel glycine als fosfor ontdekte in de coma van 67P.
Dit idee staat bekend als 'moleculaire panspermie' en het zegt dat de bouwstenen van het leven in de ruimte werden gesmeed en in de zonnevel werden opgenomen. Toen planeten uit die nevel verdrongen, gingen deze bouwstenen mee. Ze werden ook continu door het zonnestelsel verspreid door kometen en andere lichamen.
"Het vinden van ammoniumzouten op de komeet is enorm opwindend vanuit astrobiologisch perspectief", voegde Altwegg toe. 'Deze ontdekking laat zien hoeveel we kunnen leren van deze intrigerende hemellichamen.'
Er waren een aantal dramatische momenten achter deze ontdekking voor Altwegg en de andere wetenschappers. Ze gebruikten gegevens van Rosetta's dichtste nadering tot de komeet, toen deze slechts 1,9 km (1,18 mijl) erboven was, ruim binnen de stoffige, wazige coma zelf. Het ruimtevaartuig in die positie zetten was een riskante manoeuvre en ze konden op dat moment niet met Rosetta communiceren.
"Vanwege de stoffige omgeving bij de komeet en de rotatie van de aarde konden we destijds niet gemakkelijk communiceren met Rosetta via onze antennes en moesten we wachten tot de volgende ochtend om onze communicatieverbinding te herstellen", zei Altwegg in een persbericht.
'Niemand van ons heeft die nacht goed geslapen! Maar zowel Rosetta als ROSINA gedroegen zich uiteindelijk perfect, maten feilloos de meest voorkomende en meest diverse massaspectra tot nu toe en onthulden veel verbindingen die we nog nooit eerder op 67P hadden gezien. ”
De tweede nieuwe studie is getiteld "Infrarood detectie van alifatische organische stoffen op een kometenkern." De hoofdauteur is Andrea Raponi van INAF, het Nationaal Instituut voor Astrofysica in Italië. Het draait om gegevens die zijn verzameld met Rosetta's Visible and Infrared Thermal Imaging Spectrometer (VIRTIS) -instrument.
In dat artikel presenteren de onderzoekers de ontdekking van alifatische organische verbindingen op 67P. Het zijn ketens van waterstof en koolstof, en ze zijn ook bouwstenen van leven. Het is voor het eerst dat deze organische verbindingen op het oppervlak van een komeetkern worden gevonden.
"Waar - en wanneer - deze alifatische verbindingen vandaan komen, is enorm belangrijk, omdat wordt aangenomen dat ze essentiële bouwstenen zijn van het leven zoals we dat kennen", legt hoofdauteur Raponi uit.
"De oorsprong van materiaal zoals dit in kometen is cruciaal voor ons begrip van niet alleen ons zonnestelsel, maar ook planetaire systemen in het hele universum", zei Raponi.
Moleculaire panspermie bevestigd?
Deze alifatische bouwstenen werden niet gevormd op de komeet zelf. Wetenschappers denken dat ze zich in het interstellaire medium of in de jonge, nog steeds vormende zon hebben gevormd.
"Inspirerende ontdekkingen zoals deze helpen ons om veel meer te begrijpen over niet alleen de kometen zelf, maar ook over de geschiedenis, kenmerken en evolutie van onze hele kosmische buurt."
Matt Taylor, ESA's Rosetta Project Scientist
De auteurs van het tweede artikel vonden ook sterke compositorische overeenkomsten tussen 67P en andere koolstofrijke objecten van het buitenste zonnestelsel.
"We ontdekten dat de kern van komeet 67P een samenstelling heeft die lijkt op het interstellaire medium, wat aangeeft dat de komeet ongewijzigd presolair materiaal bevat", zegt co-auteur Fabrizio Capaccioni, ook van INAF en hoofdonderzoeker van VIRTIS.
"Deze compositie wordt ook gedeeld door asteroïden en sommige meteorieten die we op aarde hebben gevonden, wat suggereert dat deze oude, rotsachtige lichamen verschillende verbindingen opsloten van de oerwolk die het zonnestelsel vormde."
"Dit kan betekenen dat ten minste een fractie van de organische verbindingen in het vroege zonnestelsel rechtstreeks afkomstig was van het bredere interstellaire medium - en dus dat andere planetaire systemen mogelijk ook toegang hebben tot deze verbindingen", voegt Raponi eraan toe.
Hoewel de Rosetta-missie meer dan drie jaar geleden eindigde toen het ruimtevaartuig op de komeet werd neergestort, kammen wetenschappers nog steeds door de gegevens en begrijpen ze het. Dit weerspiegelt andere missies zoals de Cassini-missie naar Saturnus. Dat ruimtevaartuig werd meer dan twee jaar geleden naar zijn ondergang gestuurd en wetenschappers publiceren nog steeds nieuwe artikelen op basis van zijn gegevens.
"Hoewel de activiteiten van Rosetta meer dan drie jaar geleden zijn beëindigd, biedt het ons nog steeds een ongelooflijke hoeveelheid nieuwe wetenschap en blijft het een echt baanbrekende missie", voegt Matt Taylor, ESA's Rosetta Project Scientist, toe.
“Deze studies behandelden een aantal open vragen in de kometenwetenschap: waarom kometen verarmd zijn in stikstof en waar kometen hun materiaal vandaan halen. Inspirerende ontdekkingen zoals deze helpen ons om veel meer te begrijpen over niet alleen de kometen zelf, maar ook over de geschiedenis, kenmerken en evolutie van onze hele kosmische buurt, 'zei Taylor.
Op een gegeven moment overwoog NASA om hun eigen ruimtevaartuig naar 67P te sturen. Het heette CAESAR (Comet Astrobiology Exploration Sample Return) en zoals de naam al aangeeft, zou het een monster terugbrengen voor studie. Dat zou fantastisch zijn. Maar die missie was een van de twee finalisten in een missieselectieproces. De andere was de Dragonfly-missie, die een rotorboot naar Saturnus 'maan Titan zou sturen. In juni 2019 werd de Dragonfly-missie verkozen boven CAESAR.
NASA heeft momenteel geen geplande missies naar kometen. Maar de ESA plant haar Comet Interceptor-missie. Het zal de eerste missie zijn om een ongerepte komeet te bezoeken die het zonnestelsel nog niet eerder heeft bezocht. Het exacte doel is nog niet gekozen.
Meer:
- Persbericht: GEBOUWEN BLOKKEN VAN LEVEN GESPOTT OP ROSETTA'S KOMETTIP OP SAMENSTELLING VAN HAAR GEBOORTEPLAATS
- Research Paper: Bewijs van ammoniumzouten in komeet 67P als verklaring voor de stikstofuitputting in cometaire comae
- Onderzoekspaper: Infrarood detectie van alifatische organische stoffen op een kometenkern
