Op zoek naar de oorsprong en evolutie van moleculen in de ruimte
Hoe ontstaan moleculen in de ruimte, en hoe evolueren ze? En hoe bepaalt dat uiteindelijk de chemische samenstelling van planeten en hun atmosferen? Het Dutch Astrochemistry Network (DANIII) krijgt 1,6 miljoen euro van NWO om dat uit te zoeken. Een grote groep Leidse astronomen en chemici neemt draagt daaraan bij: ‘Met de ongekende gevoeligheid van de James Webb Space-telescoop kunnen we preciezer dan ooit kijken naar gebieden in de ruimte die eerder niet toegankelijk waren.’
Anderhalf jaar geleden vertrok de James Webb Space-telescoop (JWST) de ruimte in. Met de lancering ontstonden ongekende mogelijkheden voor nieuw astrochemisch onderzoek, vooral wat betreft het waarnemen van infrarode straling.
Ruimtedata duiden met lab- en computerwerk
Een team van Leidse wetenschappers droeg met succes een aantal onderzoeksvoorstellen aan. Melissa McClure, Harold Linnartz, Serena Viti, Ewine van Dishoeck, KoJu Chuang (Sterrewacht Leiden) en Thanja Lamberts (LIC en Sterrewacht) starten binnenkort met hun onderzoek naar de rol van interstellair ijs bij het ontstaan van zowel kleinere als grotere en steeds complexere moleculen in de ruimte (zie kader). Denk daarbij aan water en methaanijs, maar ook aan bevroren suikers en aminozuren.
Hun onderzoek gaat de schatkamer aan nieuwe waarnemingen van JWST duiden aan de hand van metingen in het lab en computermodellen. Met die kennis kunnen de astronomen vervolgens onderzoeken hoe moleculen in de ruimte evolueren, en wat daarbij de invloed is van factoren als temperatuur en de hoeveelheid hard UV-licht.
De bouwstenen van het leven
De moleculen die de bouwstenen van het leven vormen, zoals water, suikers en aminozuren, ontstaan lang voordat sterren en planeten worden geboren. Dat gebeurt diep in wolken van gas en stof. Deze wolken zullen uiteindelijk ineenstorten onder hun eigen zwaartekracht. Daarbij ontstaan nieuwe sterren, omringd door schijven van gas en stof waaruit uiteindelijk planeten ontstaan. Gedurende deze verschillende fases, raken barkoude stofdeeltjes bedekt met een laagje ijs. Het ijs functioneert als een reservoir voor moleculen, waarin deeltjes efficiënt met elkaar kunnen reageren. Zo kunnen op deze ijzige stofdeeltjes in de loop van de tijd ook steeds complexere moleculen ontstaan.
Lees ook: Speuren naar ruimte-ijs en de bouwstenen van het leven
Van stofdeeltje tot planeet
In totaal leiden Leidse wetenschappers drie van de zeven projecten. Harold Linnartz, hoogleraar Laboratorium Astrofysica, maakt ruimte-ijs in het lab. Melissa McClure en Thanja Lamberts leiden ook een project. Zij interpreteren en onderbouwen de JWST-data met behulp van chemische modellen. Ook in de andere projecten zijn Leidse wetenschappers betrokken. De andere projecten binnen DANIII richten zich meer op het detecteren van moleculen in de gasfase, onder andere koolwaterstoffen.
De meerwaarde van het netwerk bestaat in het combineren van alle gegevens, aldus Linnartz: ‘Door al onze kennis te bundelen, kunnen we samen uitzoeken hoe ruimte-ijs en koolwaterstoffen evalueren en uiteindelijk medebepalend zijn voor de chemische samenstelling van planeten, hun atmosferen en ook eventuele manen rondom die planeten.’
Welk ijs zit waar en wat zegt dat?
Linnartz: ‘De nadruk van DANIII ligt op ijs en gas en hun wisselwerking: welk ijs zit waar en wat vertelt dat over de vorming van complexe organische moleculen in de ruimte? Hoe evolueren deze moleculen en hoe draagt dat uiteindelijk bij aan de samenstelling van planeten in ons eigen zonnestelsel en daarbuiten? Vragen die we nu met JWST beter kunnen beantwoorden DAN ooit tevoren.'
Meer informatie over DANIII en een overzicht van de verschillende projecten van het onderzoeksprogramma lees je op de website van NWO – Nieuwe toewijzing voor Astrochemie en James Webb Space Telescope
Netwerk met vele disciplines en uitzonderlijke diversiteit
Het DAN is een interdisciplinair netwerk dat in 2010 is opgezet door NWO. Het brengt experts samen op het gebied van astronomische waarnemingen, kwantumchemische berekeningen, modellering en laboratoriumastrofysica. Daarnaast heeft het netwerk toegang tot verschillende JWST-waarnemings- en interpretatieprogramma's.
Na DANI en DANII, is nu het derde project aan de beurt. De DANIII-aanvraag is ingediend door prof. dr. Inga Kamp van de Rijksuniversiteit Groningen, samen met McClure, Lamberts en Candian. Zij deden dit namens een team van DAN-onderzoekers afkomstig uit 6 Nederlandse onderzoeksinstituten en universiteiten, waaronder de Rijksuniversiteit Groningen, Radboud Universiteit, Universiteit van Amsterdam, Universiteit Leiden, Nederlands Instituut voor Ruimteonderzoek (SRON), en TU Delft. Het netwerk onderscheidt zich met een uitzonderlijke evenwicht in diversiteit: met een bijna gelijke verhouding tussen mannelijke (10) en vrouwelijke (11) onderzoekers, en tussen astrofysici (10) en chemici (11). Ook worden vier van de zeven deelprojecten geleid door junior onderzoekers.