Mare Nummer 23     11 maart 2010

23
‘Er zit iets in die wolken dat licht absorbeert, maar het is onbekend wat dat zou kunnen zijn’
FOTO: NASA, ESA, and the Hubble Heritage Team (STScI/AURA)
In deze wolken zit iets heel geks
Harold Linnartz maakt ‘chemische goulash, volgens kosmisch recept’

In de gaswolken tussen sterren bevinden zich chemische stoffen die aardse wetenschappers niet konden identificeren of namaken. Een Leidse onderzoeker lijkt nu een eerste stap in de goede richting te hebben gemaakt: ‘Een goudklompje dat jaren in de la lag.’

DOOR BART BRAUN Het verhaal van Harold Linnartz en de mysterieuze ruimtewolken begon eigenlijk 999 jaar geleden. De Arabier Alhazen had geroepen dat zijn inzichten in de wiskunde hem in staat zouden stellen de overstromingen van de Nijl te reguleren, maar dat bleek een overschatting. De kalief plaatste hem onder huisarrest, tien jaar lang. Alhazen gebruikte zijn tijd nuttig: hij schreef een boek over het licht.

Alhazen was wat in het Engels een Renaissance Man heet, maar dan nog van voor de Renaissance: een talent op meerdere vlakken. Hij bedreef onder meer wiskunde, technologie, geneeskunde en filosofie. Zijn ster rees zo hoog dat hij in het middeleeuwse Europa niet meer bij naam genoemd werd, maar gewoon ‘de natuurkundige’ heette. Voor nu is echter vooral belangrijk dat hij vaststelde dat licht zich op laat splitsen in verschillende kleuren, zoals zonlicht door regendruppels in een regenboog wordt opgesplitst.

Zeshonderd jaar later werkte Isaac Newton dat verder uit, door licht door een prisma te schijnen, en een goede wiskundige beschrijving te geven van hoč het zich precies opsplitst.

In plaats van een prisma en een mensenoog kun je ook een spectrometer gebruiken. Dat is een machine die heel zorgvuldig en gevoelig meet welke golflengten er in een lichtbundel zitten. Bovendien is een spectrometer gevoelig bij golflengten die voor uw oog onzichtbaar zijn, zoals ultraviolet of infrarood licht.

Heb je eenmaal zo’n spectrometer, dan kun je proefjes gaan doen. Atomen en moleculen kunnen namelijk licht absorberen en ieder soort deeltje doet dat op zijn eigen manier. Bepaalde golflengtes ontbreken dan in het spectrum; die zijn geabsorbeerd. Na jarenlang geduldig experimenteren bestaan er enorme databanken waarin de spectra van tienduizenden stoffen staan. Daarmee kun je het trucje ook omdraaien: aan de meting van de spectrometer - het absorptiespectrum – kunnen wetenschappers zien uit welke bestanddelen een gas bestaat.

Dat brengt ons terug naar Harold Linnartz van de Leidse Sterrewacht. De astrochemici van zijn onderzoeksgroep zijn geďnteresseerd in grote gas- en stofwolken in de ruimte. Deze storten onder hun eigen gewicht in elkaar en daarbij kunnen sterren en planeten ontstaan. Op tenminste één van die planeten ontstond intelligent leven zoals Alhazen, Linnartz en uzelf, en de grote vraag is of de samenstelling van de wolken daar iets mee te maken heeft.

De samenstelling van gaswolken in de ruimte laat zich net zo bestuderen als de samenstelling van buisjes met gas in het lab. Licht van sterren doorkruist de wolk, wordt op Aarde met een spectrometer achter een grote telescoop gemeten, en levert een absorptiespectrum op. Op die manier hebben sterrenkundigen ontdekt dat er in de ruimte veel en ook behoorlijk exotische stoffen voorkomen.

Maar er is ook iets goed mis.

In de astronomische spectra ontbreekt een groot aantal golflengten, en het is aardse wetenschappers niet gelukt om iets te vinden of te maken dat precies bij die golflengten licht absorbeert. Deze Diffuse Interstellar Bands (DIBs) zijn een raadsel, al sinds hun ontdekking in de jaren twintig van de vorige eeuw. ‘Er zit iets in die wolken dat licht absorbeert, maar het is onbekend wat dat zou kunnen zijn’, vat Linnartz het samen.

‘Hele generaties astronomen hebben er hun tanden op stuk gebeten’, vertelt hij: ‘En in bijna negentig jaar spectroscopie is de oplossing niet dichterbij gekomen.’ In een publicatie in het vakblad Astronomy & Astrophysics vorige week licht hij, samen met wetenschappers uit Leiden, Zwitserland en Canada een tipje van de sluier op.

In zijn Leidse laboratorium heeft de hoogleraar een apparaat waarmee hij interstellaire wolken kan namaken. Hij stopt er chemische stoffen in, en verlaagt vervolgens de druk en de temperatuur om de extreme omstandigheden in de ruimte te simuleren. Het bombardement aan kosmische straling waaraan ruimtewolken blootstaan, laat zich moeilijker simuleren. Een flinke dosis elektriciteit heeft echter een vergelijkbaar effect, vertelt Linnartz: ‘Er ontstaat een soort chemische goulash, volgens kosmisch recept.’

Één van de ingrediënten van die goulash heeft een absorbtiespectrum dat volledig identiek is aan een van de sterkere Diffuse Interstellar Band, ontdekte Linnartz. Sterker dan dat wil hij het niet formuleren, want hij heeft teveel andere wetenschappers op hun bek zien gaan met claims die achteraf onjuist bleken.

‘Er bestaat een DIB-maffia die alles publiceert dat maar een beetje lijkt op een treffer, dat holt het vakgebied uit’, zegt hij. ‘Bij nadere beschouwing vallen ze altijd door de mand.’ Maar in de kunstmatige ruimtewolk van Linnartz zit iets dat sprekend lijkt op het ‘iets’ dat ook in de echte ruimtewolken zit. Wat dat is? Dat blijft vooralsnog een raadsel. Het goedje is zo instabiel dat hij het niet kan meten. Op grond van de stof die hij gebruikt aan het begin van zijn proef, weet hij dat het een koolwaterstof-verbinding moet zijn. Als hij de waterstofatomen in zijn bouwmateriaal vervangt door zwaar water, verschuift het absorbtiespectrum. Op basis van eerdere experimenten denkt hij dat het een klein deeltje moet zijn, dat vermoedelijk positief geladen is. En dat was het wel zo’n beetje.

‘Dit resultaat is een goudklompje dat we jaren in de la hadden liggen.’, vertelt Linnartz. Het liefst had hij natuurlijk het hele raadsel opgelost. ‘Ik heb echter besloten het nu te publiceren, omdat het vakgebied rond de DIBs volledig vastzit. Nu kunnen collega’s die andere apparatuur hebben, gericht gaan meten, en theoretici kunnen met het spectrum aan de slag. Ik hoop dat dit precies dat stukje van de puzzel is waardoor alles op zijn plaats zal vallen.’

Astronomy & Astrophysics beschouwde het werk in elk geval als hoogtepunt van de week. ‘Ik heb nog nooit zoveel directe respons gehad op een artikel’, vertelt de sterrenkundige. ‘Als je al tien jaar naar conferenties gaat en steeds hetzelfde verhaal hoort, dan is dit echt iets anders. Hopelijk zet dit mensen nu op het juiste spoor.’


Deel op Facebook

Tweet
Deel op Facebook