Bennu bewahrt Zucker, stickstoffreiche organische Materie und Supernova-Staub

Die von OSIRIS-REx zur Erde gebrachten Bennu-Proben ermöglichen es, im Labor Material zu untersuchen, das direkt von einem Asteroiden gesammelt wurde. Die Mission lieferte am 24. September 2023 insgesamt 121,6 Gramm Regolith – lockeres, körniges Material – ab. Am 2. Dezember 2025 gab die NASA drei Untersuchungen dieser Fragmente bekannt: Eine befasste sich mit Zuckern, eine weitere beschrieb komplexe stickstoff- und sauerstoffreiche organische Materie, und die dritte untersuchte präsollaren Staub. Die Arbeiten erschienen in Nature Geoscience und Nature Astronomy.

Die Ergebnisse ergänzen frühere Analysen von Bennu, bei denen unter anderem Aminosäuren, Nukleobasen und Carbonsäuren nachgewiesen worden waren. Diese Stoffe tragen dazu bei, die Chemie des Asteroiden und seines Mutterkörpers zu charakterisieren. Um die Bedeutung der neuen Befunde zu verstehen, sollte man zwischen dem Nachweis von Molekülen und Hypothesen über ihre Entstehung oder einen möglichen Zusammenhang mit Prozessen vor dem Leben unterscheiden.

In der Probe identifizierte Zucker

Das von Yoshihiro Furukawa von der Universität Tohoku geleitete Team untersuchte einen Extrakt aus einer 603,4 Milligramm schweren Teilprobe homogenisierten Bennu-Staubs mithilfe von Gaschromatografie und Massenspektrometrie. Es identifizierte sechs Zucker: die Pentosen Ribose, Lyxose, Xylose und Arabinose sowie die Hexosen Glukose und Galaktose. Die NASA hob zwei davon wegen ihrer biologischen Bedeutung hervor: Ribose als Bestandteil der RNA und Glukose, die dem Leben auf der Erde als Energiequelle dient. Nach Angaben der Behörde ist dies der erste Nachweis von Glukose in einer extraterrestrischen Probe.

Die Studie bestimmte für die untersuchte Probe eine Ribosekonzentration von 0,097 ± 0,014 nmol g^-1 und eine Glukosekonzentration von 0,35 ± 0,05 nmol g^-1. Außerdem wurden Konzentrationen von 0,018 ± 0,007 nmol g^-1 für Lyxose, 0,11 ± 0,03 nmol g^-1 für Arabinose, 0,079 ± 0,033 nmol g^-1 für Xylose und 0,014 ± 0,004 nmol g^-1 für Galaktose angegeben. Dies sind Messwerte für das untersuchte Material und keine Schätzungen der Gesamtzusammensetzung des Asteroiden.

Ribose ist Bestandteil der RNA, während Desoxyribose ein Bestandteil der DNA ist. Das Team wies in den untersuchten Proben keine Desoxyribose nach. Auf Grundlage dieser Kombination halten die Forschenden die Ergebnisse für vereinbar mit der Hypothese der „RNA-Welt“, der zufolge frühe Lebensformen RNA zur Speicherung von Informationen und zur Unterstützung chemischer Reaktionen genutzt haben könnten. Diese Hypothese ist eine Deutung der Bedeutung der Befunde; der Nachweis von Zuckern belegt für sich genommen weder, dass es auf Bennu Leben gab, noch, wie das Leben auf der Erde begann.

Eine komplexe organische Phase in den Proben

Eine weitere Untersuchung unter Leitung von Scott Sandford vom Ames Research Center der NASA und Zack Gainsforth von der University of California, Berkeley, beschrieb organische Materie, die zuvor noch nicht in Astromaterialien beobachtet worden war. Wegen ihres Verhaltens nannte die NASA sie informell „Weltraumkaugummi“: Das Material war flexibel und ist ausgehärtet. Die wissenschaftliche Charakterisierung beschreibt es als polymerische organische Phase mit einem außergewöhnlich hohen Anteil an Stickstoff und Sauerstoff. Sie enthält chemische Gruppen wie Amine, Amide und stickstoffhaltige Heterozyklen sowie aliphatische und aromatische Kohlenwasserstoffe.

Die Forschenden beobachteten das Material in einer kohlenstoffhaltigen Ader mit Mineraleinschlüssen sowie in mehrschichtigen organischen Plättchen. Die NASA vergleicht einige seiner chemischen Gruppen mit solchen in Polyurethan, erklärt jedoch, dass Bennus Material nicht einfach Polyurethan ist: Es weist ungeordnetere Verknüpfungen auf, und seine Elementzusammensetzung variiert von Partikel zu Partikel. Der Vergleich beschreibt chemische Ähnlichkeiten, keine Identität mit einem auf der Erde hergestellten Kunststoff.

Das Team schlägt einen möglichen Bildungsprozess auf Bennus Mutterasteroiden vor. Dem von der NASA beschriebenen Modell zufolge könnte eine Reaktion unter Beteiligung von Ammoniak und Kohlendioxid Carbamat erzeugt haben, als sich der Körper durch natürliche Radioaktivität zu erwärmen begann. Obwohl diese Verbindung wasserlöslich ist, könnte sie polymerisiert und mit anderen Molekülen reagiert haben, bevor sich der Körper so weit erwärmte, dass eine wässrige Umgebung entstand. Die Studie deutet Morphologie und Zusammensetzung als Hinweise auf stickstoffreiche Vorläufer, die vor der Veränderung durch Wasser vorhanden waren; außerdem weist sie auf spätere Veränderungen im Zusammenhang mit dieser Umwandlung hin. Dies ist eine von den Forschenden vorgeschlagene Rekonstruktion.

Präsollare Körner und Supernova-Staub

Die dritte Studie unter Leitung von Ann Nguyen vom Johnson Space Center der NASA untersuchte präsollare Körner in zwei Gesteinsarten der Proben. Präsollar nennt man Staubpartikel von Sternen, die bereits vor der Entstehung des Sonnensystems existierten. Nach Angaben der NASA enthalten die Bennu-Proben sechsmal mehr Supernova-Staub als jedes andere untersuchte Astromaterial.

Die Autoren vermuten, dass Bennus Mutterkörper in einer Region der protoplanetaren Scheibe entstanden sein könnte, die mit Staub explodierter Sterne angereichert war. Diese Scheibe war die Gas- und Staubumgebung, aus der das Sonnensystem hervorging. Die beobachtete Häufigkeit stützt diese Möglichkeit, legt den Entstehungsort des Mutterkörpers jedoch nicht abschließend fest.

Die Studie identifizierte außerdem Bereiche mit Materialien, die durch Flüssigkeiten weniger stark verändert worden waren, obwohl der Mutterasteroid eine weitreichende wässrige Veränderung erfahren hatte. Diese Fragmente bewahren mehr organische Materie und präsollare Silikatkörner – Materialien, die bei einer wässrigen Veränderung leicht zerstört werden können. Ihre Erhaltung liefert Hinweise auf die Vielfalt der Materialien, die während der Entstehung des Mutterkörpers eingebaut wurden, sowie auf Unterschiede im Ausmaß der Veränderung seiner Bestandteile.

Was Bennus Proben zeigen

Zusammengenommen erweitern die Studien das Verzeichnis der auf Bennu gefundenen organischen Substanzen und präsollaren Materialien. Die identifizierten Zucker ermöglichen die Untersuchung von Verbindungen, die für die Biologie auf der Erde wichtig sind; die stickstoff- und sauerstoffreiche Phase liefert Hinweise auf chemische Prozesse vor und nach dem Vorhandensein von Wasser, und der Sternenstaub bewahrt Informationen über Materialien aus der Zeit vor dem Sonnensystem. Die Deutung dieser Ergebnisse hilft dabei, die Ausgangsstoffe und chemischen Umwandlungen zu untersuchen, die während der Entstehung der Asteroiden stattfanden.

Erklärungen zum Ursprung der Zucker, zur Bildung der polymerischen organischen Materie und zu der Region, in der der Mutterkörper entstanden sein könnte, sind Hypothesen oder Deutungen aus den Studien. Insbesondere stammt der Vorschlag, dass sich die Zucker in formaldehydhaltigen Salzlaugen bildeten, aus der geochemischen Studie; die Annahme, das polymere Material sei aus stickstoffreichen Vorläufern entstanden, stützt sich auf seine Morphologie und Zusammensetzung. Die Befunde beschreiben die in den Proben erhaltene Chemie und liefern Anhaltspunkte, um diese Vorschläge zu bewerten.

Die NASA fasst die drei Untersuchungen in ihrem Bericht über Zucker, organische Materie und Sternenstaub in den Bennu-Proben zusammen. Die Studie zu den Zuckern erschien in Nature Geoscience, die Arbeit über stickstoff- und sauerstoffreiche organische Materie in Nature Astronomy.