Site pictogram Astroblogs

Leidse astronomen onthullen donkere kant van pre-stellaire ijschemie

Het stervormingsgebied Chamaeleon I gezien met de Webb-telescoop. In twee plekken in de wolk, aangegeven met cirkels, blijken, lang voordat een nieuwe ster wordt geboren, de chemische ingrediënten aanwezig om grotere en complexe moleculen te maken. (c) ESA/Webb/McClure et al.

Een internationaal team onder leiding van astronomen van de Universiteit Leiden heeft met behulp van de Webb-telescoop diverse moleculen in ijsvorm aangetoond op de donkerste en koudste plekken van een grote stervormingswolk. De resultaten laten zien dat de chemische ingrediënten om grotere en complexe moleculen te maken al aanwezig zijn, lang voordat een nieuwe ster wordt geboren. De onderzoekers publiceren hun bevindingen maandagavond in Nature Astronomy.

Belangrijke bouwstenen voor het leven, zoals suikers en aminozuren, kunnen onder de juiste omstandigheden ontstaan uit eenvoudige moleculen op ijzige stofdeeltjes. Later in het stervormingsproces komen deze stoffen terecht op nieuwe planeten en in hun atmosferen.

Met het onderzoek toont het team aan dat de ingrediënten voor de vorming van suikers en aminozuren ruim voorhanden zijn, zelfs op de donkerste en koudste plekken in een grote interstellaire wolk. De astronomen vonden ijs van water, koolmonoxide, kooldioxide, methaan, cyanaat, carbonylsuflide en methanol. Ook zien ze signalen die kunnen duiden op de aanwezigheid van grotere bevroren organische moleculen (zie afbeelding hieronder).

Credit: NASA, ESA, CSA, and J. Olmsted (STScI), M. K. McClure (Leiden Observatory), K. Pontoppidan (STScI), N. Crouzet (Leiden University), and Z. Smith (Open University)

Kameleon
De wolk in kwestie bevindt zich in Chamaeleon I, een stervormingsgebied op zo’n 500 lichtjaar van de aarde in de buurt van het zuidelijke sterrenbeeld Kameleon. In het gebied worden honderden jonge sterren gevormd. Dit proces gaat gepaard met chemische reacties waarbij op ijzige stofdeeltjes steeds complexere moleculen ontstaan. Bij deze reacties speelt ultraviolet licht normaal gesproken een belangrijke rol. Als er echter veel gas en stof is, kan dit licht niet doordringen.

ICE AGE
Met de Webb-telescoop is het de onderzoekers gelukt om naar zeer donkere gebieden in de wolk te kijken. Daar duurt het nog miljoenen jaren voordat zich sterren vormen. “Het blijkt dat er veel en ook veel verschillende soorten ijsdeeltjes voorhanden zijn,” zegt Melissa McClure, universitair docent aan de Universiteit Leiden en leider van het ICE AGE-team dat als een van de eerste ter wereld met de Webb-telescoop mocht gaan meten. “Dankzij de waarnemingen kunnen we meer inzicht krijgen in hoe op dergelijke plekken eenvoudige en complexe moleculen ontstaan die op hun beurt weer bouwstenen zijn voor leven. We weten uit laboratoriumwerk op aarde, dat op plekken waar geen uv-licht kan komen, vrije atomen een belangrijke rol spelen in de ijschemie.”

IJsdatabase
Het interstellaire ijs verraadt zijn aanwezigheid dankzij het infrarode licht van sterren die zich achter de wolk bevinden en dat door de Webb-telescoop nog net kan worden waargenomen. De bevroren moleculen in de wolk absorberen unieke kleuren van dit sterlicht. Sterrenkundigen noemen dat een absorptiespectrum, een soort moleculaire vingerafdruk. Die spectra uit de ruimte kunnen vergeleken worden met spectra gemeten in speciale laboratoriumopstellingen die beschikbaar zijn via een database van de Sterrewacht Leiden.

Harold Linnartz, mede-projectleider en directeur van het Laboratorium voor Astrofysica van de Universiteit Leiden, noemt het fantastisch dat de Leidse ijsdatabase nu zo goed van pas komt. “Tientallen promovendi en afstudeerders van universiteit en hbo hebben hier jarenlang aan gewerkt. Verder wordt het nu steeds duidelijker dat er in de ruimte een exotische vastestofchemie plaatsvindt. Ook dat onderzoeken we al jaren in het lab.”

Zelfde ontwikkeling
Mede-onderzoeker Will Rocha, senior postdoc aan de Universiteit Leiden, herleidde de vaak complexe spectra tot hun moleculaire oorsprong. Volgens Rocha wordt het vermoeden alleen maar sterker dat de stoffen waaruit organisch materiaal kan ontstaan overal in de ruimte voorhanden zijn. “Nu we methanol in deze wolk zien en wellicht ook ethanol en zelfs grotere organische moleculen, ligt het voor de hand dat exoplaneten in vele opzichten dezelfde chemische ontwikkeling doormaken als de planeten in ons eigen zonnestelsel.”

Topje van de ijsberg
In de toekomst hopen de onderzoekers nog meer moleculen in de donkere koude wolk aan te kunnen tonen. De onderzoekers hebben nu twee plekken in de wolk in detail onderzocht. Er komen er nog tientallen meer aan. Ze gaan in de wolk systematisch de verschillende fases van ster- en planeetvorming onderzoeken: van donkere wolk tot protoplanetair systeem. Vooral de verschillen tussen de opeenvolgende stadia zijn belangrijk om de evolutie van het ijs te volgen.

MIRI
Het onderzoek was mogelijk dankzij MIRI, een van de vier instrumenten aan boord van de Webb-telescoop. Dit instrument is in Nederland ontworpen en gebouwd en medegefinancierd door NOVA, de Nederlandse Onderzoekschool voor Astronomie. MIRI kan precies de kleuren infraroodlicht opvangen die door ijs worden geabsorbeerd.

Wetenschappelijk artikel
An Ice Age JWST inventory of dense molecular cloud ices. Door Melissa McClure et al. In: Nature Astronomy, 23 januari 2023.

Bron: Astronomie.nl.

Mobiele versie afsluiten