Een stap dichter bij het begrijpen van planeetvorming: Julia Santos weerlegt een 20 jaar oud paradigma
Hoe vormen atomen en moleculen uiteindelijk planeten? Dat is wat astrochemicus Julia Santos tijdens haar doctoraat heeft onderzocht. Ze ontdekte het dominante proces achter de vorming van methanol in de ruimte – een bevinding die het hele vakgebied verraste.
‘Ik probeer scheikunde in de ruimte te begrijpen’, zegt Santos over haar onderzoek. ‘Als we aan een planeet denken, stellen we ons die voor als een kern met een mantel, een oppervlak en een atmosfeer. Om deze elementen te vormen, heb je de juiste mix van atomen nodig. Ik wil begrijpen hoe deze ingrediënten in het universum zijn verdeeld. Is dat bij andere sterren anders of heeft de aarde gewoon geluk gehad met de aanwezige ingrediënten?’
Scheikunde in planetaire kraamkamers begrijpen
Wanneer een ster wordt geboren, is deze omringd door een immense, wervelende wolk van gas en stof. Dat is het materiaal waaruit uiteindelijk planeten, manen en asteroïden worden gevormd. Maar het chemische pad van stof naar planeet is niet precies bekend. Santos heeft de eerste fases van dit proces een stapje duidelijker gemaakt.
‘Hoe worden moleculen complexer? Hoe worden ze gevormd en vernietigd? Bevinden ze zich in de gasfase of in vaste vorm? Dat zijn de vragen die ik wil beantwoorden’, legt Santos enthousiast uit. ‘In mijn proefschrift heb ik me gericht op stofdeeltjes – en het ijs dat zich daarop vormt – omdat ze een omgeving creëren waar chemie goed gedijt.’
Het heelal simuleren in een labopstelling
Santos deed voornamelijk laboratoriumexperimenten om deze vragen te onderzoeken. ‘In het zonnestelsel kun je misschien een sonde naar een komeet sturen. Maar verder weg? Dat is simpelweg onmogelijk’, zegt ze. ‘Daarom simuleren we de interstellaire ruimte op aarde in een experimentele opstelling met extreem lage temperatuur en druk.’ De onderzoeker deed allerlei soorten onderzoek, van experimenten in het lab tot chemische studies en sterrenkundige observaties. Ze lacht: ‘Dat heb ik nodig om gemotiveerd te blijven. Hoewel met je handen aan de slag in het lab mijn favoriete methode blijft.’
Een 20 jaar oud paradigma ontkracht
Al tijdens haar master schreef Santos verschillende wetenschappelijke artikelen, waaronder twee als eerste auteur. Maar haar belangrijkste prestatie leverde ze tijdens haar promotieonderzoek. ‘Ik heb veel verschillende scheikundige reacties onderzocht. De belangrijkste was de vorming van methanol. Dat is een eenvoudig molecuul, maar in de ruimte beschouwen we het als complex’, legt ze uit. ‘Het is de hoofdrolspeler in het verhaal van de astrochemie. Het basisbestanddeel dat nodig is voor veel andere organische moleculen.’
'Astrochemie omvat geologie, techniek, sterrenkunde en scheikunde. En Leiden heeft het allemaal.’
20 Jaar geleden werd vastgesteld hoe methanol wordt gevormd en dat paradigma wordt sindsdien door het vakgebied aanvaard. Tot Santos haar werk publiceerde. ‘Ik ontdekte dat er een ander, belangrijker, mechanisme is', zegt ze. ‘We hebben dat in 2022 gepubliceerd en sindsdien hebben observaties en modellen dit al ondersteund. Dat is het enige empirische bewijs dat we in de astronomie hebben, dus dat was echt heel gaaf!’
Een bruisend centrum voor astrochemie in Leiden
Het lab en de gemeenschap in Leiden zijn heel bijzonder, aldus Santos. ‘We hebben het geluk dat we beschikken over faciliteiten en expertise die je niet overal vindt. Astrochemie is ontzettend multidisciplinair. Het omvat geologie, techniek, sterrenkunde en scheikunde. En Leiden heeft het allemaal. Dat was erg nuttig en verrijkend.’
Ze kreeg ook grote uitdagingen te verduren. ‘Mijn promotor Harold Linnartz overleed onverwacht. Dat was een moeilijke tijd,’ vertelt ze. ‘En vlak daarna moesten we het lab verhuizen naar het Gorlaeusgebouw. Daardoor kon ik een groot deel van mijn promotieonderzoek geen experimenten uitvoeren. Gelukkig nam Ewine van Dishoeck me op in haar groep.
Santos zet haar onderzoek voort aan Harvard University met de prestigieuze 51 Pegasi b Fellowship.