Op zoek naar de bouwstenen van het leven bij min 250 graden Celsius
Lichtjaren van ons vandaan speurt de James Webb-ruimtetelescoop naar de bouwstenen van het leven. Maar hoe weet de telescoop waar hij precies naar moet zoeken? Promovenda Marina Gomes Rachid helpt een handje. Zij brengt moleculen in kaart die mogelijk in het verre heelal voorkomen.
Stel je de koplampen van een auto voor op een mistige dag. De lichtstraal schijnt door de mist waardoor je de vochtdeeltjes die in de lucht zweven kan zien. Die absorberen en weerkaasten het licht van de koplamp.
Op vergelijkbare wijze observeert de James Webb Space Telescope (JWST) hoe sterren infraroodlicht door de ruimte sturen. Door dat infraroodlicht worden de moleculen tussen de sterren en de telescoop zichtbaar. Op plekken waar het dus op het eerste gezicht leeg leek, verschijnen wolken vol kleine deeltjes.
Een dataset van onschatbare waarde voor de JWST
Toch blijft het een grote uitdaging om te identificeren welke moleculen het infrarood licht dan precies onthult. Zelfs voor een geavanceerd telescoop als de JWST.
Dat is waar het onderzoek van Gomes Rachid in beeld komt. In de afgelopen vier jaar, tijdens haar promotie aan het Leids Universitair Laboratorium voor Astrofysica, identificeerde de Braziliaanse onderzoekster een aantal van de moleculen die de ruimtetelescoop mogelijk kan tegenkomen. Daaruit kwam een dataset die van onschatbare waarde is voor de zoektocht van de JWST.
De 'chemie van de hemel' ontdekken
Marina noemt het de 'chemie van de hemel': naar de sterren kijken vanuit chemisch oogpunt. Dit biedt een heel nieuw perspectief. De ruimte mag dan onmetelijk groot zijn, elke planeet of komeet bestaat uit minuscule moleculen die te klein zijn om met het blote oog te zien. En toch vertellen juist die minuscule moleculen ons ontzettend veel over het universum en uiteindelijk dus ook over onszelf.
Gomes Rachid is vooral geïnteresseerd in de moleculen die ontstaan tijdens de beginfase van de vorming van een nieuwe ster, wanneer een enorme wolk van gas en stof in de ruimte rondzweeft. Dat is waar de kosmische chemie plaatsvindt.
Zo koud dat vrijwel alles bevriest
Uit eerder onderzoek bleek al dat in dit soort interstellair gas veel organische moleculen aanwezig zijn. Organische moleculen zijn verbindingen die koolstof (C) bevatten, zoals methaan (CH4), en zijn essentiele bouwstenen voor het leven. Maar de promovendus wilde nog een stap verder gaan en ontdekken waar deze moleculen gevormd worden.
Om dat te kunnen onderzoeken, moest ze de omstandigheden in de diepste kern van deze gaswolken simuleren. De temperatuur kan daar afkoelen tot min 250 graden Celsius, waardoor bijna alle materie bevriest. 'In deze koude kern is de kosmische lucht wat dichter', zegt Gomes Rachid. 'Dat betekent dat atomen en moleculen in de bevroren materie dichter naar elkaar toe bewegen en dat er zich nieuwe moleculen vormen.'
Observeren hoe moleculen infrarood licht absorberen
In het laboratorium scheen ze infrarood licht op de bevroren organische moleculen en observeerde ze hoe deze het licht absorbeerden. Door te analyseren hoe elk molecuul het licht absorbeerde, kon ze de 'vingerafdruk' ervan meten en aan een database toevoegen. Dankzij deze informatie weet de JWST nu precies hoe al deze kleine moleculen er in infrarood licht uitzien.
Moleculen lichtjaren bij ons vandaan: het klinkt misschien wat abstract, maar toch vertellen ze ons iets over waar het leven vandaan komt. 'Als deze moleculen aanwezig zijn in de bevroren kernen, wat we verwachten, zou dat betekenen dat prebiotische moleculen in de ruimte gevormd kunnen worden', zegt Gomes Rachid. 'Je zou ze kunnen beschouwen als het startpakket voor het ontstaan van al het leven. Het gaat dus uiteindelijk ook over onze eigen ontstaansgeschiedenis.
Marina Gomes Rachid verdedigt haar proefschrift 'The hunt for frozen organic molecules in space - A laboratory approach' op 9 mei in Leiden.
Tekst: Samuel Hanegreefs