Wat vertellen complexe moleculen over de vorming van sterren?
Hoe kom je van een immens grote gaswolk ergens in het heelal tot een ster met planeten? Onderzoek van promovendus Sterrenkunde Martijn van Gelder werpt meer licht op de vroegste fases van dit proces. Hij promoveert op 24 november.
Hoe is ons zonnestelsel ooit ontstaan? ‘We kunnen niet terugkijken in de tijd, maar we kunnen wel gebieden in het universum bestuderen waar zich nu sterren vormen,’ zegt Van Gelder. ‘Op die manier kunnen we ook meer te weten komen over onze eigen herkomst.’
Geboorte van een ster
Sterren bestaan niet voor de eeuwigheid, al gaan ze miljarden jaren mee. ‘We zien een continue cyclus van sterren die doodgaan en nieuwe sterren die geboren worden,’ zegt Van Gelder.
Hij richt zich op de vroegste stadia van stervorming. ‘Stel je een gaswolk voor van enkele lichtjaren groot die onder zijn eigen zwaartekracht ineen begint te storten,’ schetst hij. ‘Na een tijdje vormt zich in het midden een protoster, oftewel een ongeboren ster. Daaromheen ontstaat een planeetvormende schijf: een soort donut van materiaal waaruit later alle planeten ontstaan.’
Zeer koude gaswolk
Van Gelder is vooral geïnteresseerd in de eerste half tot één miljoen jaar, als de protoster en schijf net vorm krijgen. De gaswolk waaruit ze ontstaan is heel koud, zo’n 10 graden Kelvin (-263 ⁰C), en bestaat net als de rest van het heelal voor een groot deel uit waterstof (H2). ‘Verder zie je in de gaswolk veel simpele moleculen zoals koolstofmonoxide en ammoniak,’ licht Van Gelder toe. ‘Bij zulke lage temperaturen reageren de aanwezige stoffen nauwelijks met elkaar, en ontstaan er dus niet snel nieuwe, grotere moleculen. Maar er zweven in de gaswolk ook kleine stofkorreltjes rond van een paar honderd nanometer groot. Die werken als katalysator: moleculen kunnen erop landen, elkaar vinden en met elkaar reageren. Dankzij deze stofkorrels kunnen er ondanks de kou toch complexere organische moleculen ontstaan, zoals methanol en ethanol.’
Moleculen komen los
Van Gelder wilde weten of de schijf rond de protoster zijn complexe organische moleculen rechtstreeks overneemt vanuit de gaswolk, of dat er nog veranderingen optreden tijdens het ineenstorten van de wolk. ‘In de gaswolk zitten de moleculen verstopt in de ijslaagjes rondom de stofkorrels, waardoor we ze moeilijk kunnen waarnemen,’ gaat Van Gelder verder. ‘Maar tijdens het ineenstorten van de gaswolk stijgt de temperatuur. Dan komen de moleculen los van de stofkorrels en kunnen we ze wél zien.’
Steeds dezelfde verhouding
Van Gelder keek naar de verhoudingen waarin de verschillende complexe moleculen voorkomen, en deed dat voor meerdere protosterren. ‘We ontdekten dat deze verhoudingen voor alle protosterren bijna exact hetzelfde zijn,’ zegt hij. ‘Het maakt niet uit onder welke omstandigheden een protoster zich vormt, hoeveel UV-straling er was of hoe de temperatuur precies varieerde: we vinden steeds dezelfde verhoudingen. Dat wijst erop dat die moleculen inderdaad onveranderd overgaan vanuit de gaswolk naar de planeetvormende schijf. De verschillen in moleculaire samenstelling die we meten in planeten ontstaan blijkbaar pas later in het proces van stervorming.’
James Webb-ruimtetelescoop
Voor zijn promotieonderzoek gebruikte Van Gelder metingen van de ALMA-telescoop in Chili, die de hemel in heel hoge resolutie toont. ‘Ik ga nu als postdoc in Leiden verder met dezelfde onderzoeksvragen, maar dan met data van de James Webb-ruimtetelescoop,’ vertelt Van Gelder. ‘Daarmee kunnen we ook kijken naar de moleculen binnenin de ijslaagjes rond stofdeeltjes. Zo komen we hopelijk nog meer te weten over onze eigen verwonderlijke ontstaansgeschiedenis.’
Credits figuur: NASA/JPL-Caltech, R. Hurt
Tekst: Diana de Veld