Experimenteel bewijs voor grote invloed microscopisch kleine stofdeeltjes in het heelal

Een Frans/Nederlands team van astronomen, onder wie dr. Stéphanie Cazaux van het Kapteyn Instituut voor Sterrenkunde van de Rijksuniversiteit Groningen, heeft met laboratoriumproeven aangetoond dat moleculen op microscopisch kleine stofdeeltjes in de ruimte direct in de gasfase kunnen overgaan. Dit resultaat kan belangrijke gevolgen hebben voor theorieën over de chemische samenstelling van het heelal en de manier waarop sterren worden gevormd. Het resultaat is online gepubliceerd op Nature Scientific Reports.

Al in de jaren '60 van de vorige eeuw was duidelijk dat in gebieden waar sterren en planeten worden gevormd, stofdeeltjes belangrijk zijn voor de productie van eenvoudige tot zeer complexe moleculen die in het heelal voorkomen. Maar het precieze mechanisme, waardoor moleculen die op het oppervlak van de stofkorreltjes ontstaan onmiddellijk tot gas transformeren en de ruimte ingaan, was onbekend.

Om te onderzoeken hoe de moleculen op stofkorreltjes in de gasfase komen, bestudeerden de astronomen in het lab de vorming van water op silicaten. Ze kozen deze soort mineralen, omdat silicaten stofkorreltjes in de ruimte goed nabootsen. Eerst werd moleculair zuurstof op het oppervlak gebracht, dat was afgekoeld tot een zeer lage temperatuur van -263 graden Celsius (10 graden boven het absolute nulpunt). Vervolgens werden waterstofatomen op hetzelfde oppervlak aangebracht. Uit metingen met een massaspectrometer bleek dat 90 procent van de gevormde watermoleculen direct het oppervlak weer verliet en gas vormde.

Het proces is eerder in astrochemische modellen van stervorming meegenomen, maar met geschatte waarden. Dat nu nieuwe, experimenteel bepaalde gegevens beschikbaar zijn, zal gevolgen hebben voor stervormingstheorieën. De chemische samenstelling van een wolk die ‘ineenstort’ om een ster te vormen, is namelijk bepalend voor de snelheid waarmee de stervorming plaatsvindt, het aantal sterren en hun uiteindelijke massa. Tijdens de ineenstorting moet energie afgevoerd worden; de chemische samenstelling van de wolk speelt daar een belangrijke rol in. ‘Onze experimenten laten zien dat de microscopisch kleine stofdeeltjes in het heelal een directe impact hebben op de chemie van astrofysische objecten’, zegt Cazaux. ‘Dit heeft grote consequenties voor de interpretatie en analyse van veel objecten in het heelal, maar ook voor ons begrip van stervorming.’

De experimenten zijn uitgevoerd op het LERMA-lab van de Universiteit van Cergy-Pontoise in Parijs.


Meer informatie: dr. Stephanie Cazaux, Kapteyn instituut Rijksuniversiteit Groningen

Referentie: Dulieu, F. et al. How micron-sized dust particles determine the chemistry of our Universe. Sci. Rep. 3, 1338

DOI:10.1038/srep01338 (2013)