'Stuiterende' kometen kunnen bouwstenen voor leven leveren aan exoplaneten

Om organisch materiaal af te leveren, moeten kometen relatief langzaam reizen – met snelheden van minder dan 15 kilometer per seconde. Bij hogere snelheden zouden de essentiële moleculen het niet overleven - de snelheid en temperatuur van de inslag zouden ervoor zorgen dat ze uit elkaar vallen.

De meest waarschijnlijke plaats waar kometen met de juiste snelheid kunnen reizen, zijn het 'erwten in een peul'-systeem, waar een groep planeten dicht bij elkaar rond hun ster draaien. In zo'n systeem zou de komeet in wezen gepasseerd of 'teruggekaatst' kunnen worden van de ene planeetbaan naar de andere waardoor de komeet vertraagt.

Met voldoende lage snelheden zou de komeet neerstorten op het oppervlak van een planeet en intacte moleculen afleveren waarvan onderzoekers denken dat ze de voorlopers van het leven zijn. De resultaten, gerapporteerd in de Proceedings of the Royal Society A, suggereren dat dergelijke systemen veelbelovende plaatsen zouden zijn om te zoeken naar leven buiten ons zonnestelsel, als de levering van kometen belangrijk is voor de oorsprong van het leven.

Van kometen is bekend dat ze een reeks van de bouwstenen voor het leven bevatten, bekend als prebiotische moleculen. Zo toonden bodemmonsters van de planetoïde Ryugu aan dat deze intacte aminozuren en vitamine B3 bevatten. Kometen bevatten ook grote hoeveelheden waterstofcyanide (HCN), een ander belangrijk prebiotisch molecuul. De sterke koolstof-stikstofbindingen van HCN maken het duurzamer bij hoge temperaturen, wat betekent dat het mogelijk het binnendringen in de atmosfeer kan overleven en intact kan blijven.

"We leren steeds meer over de atmosferen van exoplaneten, dus we wilden zien of er planeten zijn waar complexe moleculen ook door kometen kunnen worden afgeleverd", zegt eerste auteur Richard Anslow van het Institute of Astronomy in Cambridge. "Het is mogelijk dat de moleculen die tot het leven op aarde hebben geleid, 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 het leven op aarde of een andere planeet, maar in plaats daarvan wilden ze enkele grenzen 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) botsen, kunnen ze door de zwaartekracht van Neptunus naar de zon worden geduwd en uiteindelijk door de zwaartekracht van Jupiter worden meegesleurd. Sommige van deze kometen banen zich een weg langs de planetoïdengordel tot in het binnenste van het zonnestelsel.

"We wilden onze theorieën testen op planeten die vergelijkbaar zijn met de onze, aangezien de aarde momenteel ons enige voorbeeld is van een planeet die leven ondersteunt," zei Anslow. "Welke soorten kometen, die met welke snelheid reizen, kunnen intacte prebiotische moleculen afleveren?"

Met behulp van verschillende wiskundige modelleringstechnieken stelden de onderzoekers vast dat het mogelijk is voor kometen om de voorlopermoleculen voor leven af te leveren, maar alleen in bepaalde scenario's. Voor planeten die in een baan om een ster draaien lijkend op onze eigen zon, moet de planeet een lage massa hebben. Het is ook handig dat de planeet een baan heeft dicht bij andere planeten. De onderzoekers ontdekten dat nabije planeten in nauwe banen veel belangrijker zijn voor planeten rond sterren met een lagere massa, waar de typische snelheden veel hoger zijn.

In zo'n systeem kan een komeet worden aangetrokken door de zwaartekracht van een planeet en vervolgens vóór de inslag naar een andere planeet worden doorgegeven. Als deze 'komeetpass' vaak genoeg zou gebeuren, zou de komeet voldoende vertragen zodat sommige prebiotische moleculen het binnendringen in de atmosfeer zouden kunnen overleven.

"In deze dicht opeengepakte systemen heeft elke planeet de kans om een komeet te vangen," zei Anslow. "Het is mogelijk dat dit mechanisme de manier is waarop prebiotische moleculen op planeten terechtkomen."

Voor planeten in een baan rond sterren met een lagere massa, zoals M-dwergen, zou het moeilijker zijn voor complexe moleculen om door kometen te worden afgeleverd, vooral als de planeten losjes opeengepakt zijn. Rotsachtige planeten in deze systemen lijden ook aanzienlijk meer inslagen met hoge snelheid, wat mogelijk unieke uitdagingen vormt voor het leven op deze planeten.

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

"Het is opwindend dat we kunnen beginnen met het identificeren van het type systemen dat we kunnen gebruiken om verschillende oorsprongsscenario's te testen", zei Anslow. "Het is een andere manier om te kijken naar het geweldige werk dat al op aarde is gedaan. Welke moleculaire routes hebben geleid tot de enorme verscheidenheid aan leven die we om ons heen zien? Zijn er andere planeten waar dezelfde paden bestaan? Het is een spannende tijd om de vooruitgang in de astronomie en scheikunde te kunnen combineren om enkele van de meest fundamentele vragen van allemaal te bestuderen."