Leven tussen de sterren

Er zijn vermoedelijk miljarden planeten buiten ons zonnestelsel, maar hoe komen we er achter of er leven bestaat op een daarvan? RUG-hoogleraar sterrenkunde Inga Kamp doet onderzoek naar de vorming van planeten en van de ingrediënten voor leven zoals water en organische moleculen. Deel vijf in een serie over het Orgins Center, dat gaat onderzoeken hoe het universum en leven op aarde zijn ontstaan.

Bijna iedere week kun je wel ergens iets lezen over de ontdekking van een nieuwe ‘aarde-achtige’ planeet. En iedere keer is dan de vraag of daar leven aanwezig is. ‘We zullen dat nooit helemaal zeker weten’, zegt sterrenkundige Inga Kamp. ‘Bij deze exoplaneten moeten we afgaan op indirect bewijs, bijvoorbeeld op basis van de moleculen die in de atmosfeer aanwezig zijn.’

Kamp bezocht onlangs een workshop die ging over het ontdekken van zo’n ‘vingerafdruk’ van het leven. Dit was onderdeel van een serie workshops van het nieuwe Origins Center, dat een antwoord wil vinden op de vragen van Nederlandse burgers over de oorsprong van leven, het universum en onze eigen planeet. Kamp was medeorganisator (met haar collega Paul Mason van de Universiteit Utrecht) van een andere workshop, over de oorsprong en evolutie van aarde-achtige planeten en leven. Haar eigen onderzoek richt zich op protoplanetaire schijven, de geboorteplaats van planeten.

Sterrenkundigen weten dat planeten zich vormen in zulke protoplanetaire schijven van stof en gas die voorkomen bij jong sterren. ‘We kunnen niet door het stof heen kijken, maar door de patronen in het stof te bestuderen kunnen we een heleboel afleiden over de manier waarop planeten ontstaan.’ Kamp bestudeert de structuur en samenstelling van de schijven, zowel via observaties als via simulaties.

Water

Er zijn al organische moleculen waargenomen in deze schijven, tot een grootte van zeven atomen. ‘Maar er zijn vermoedelijk ook grotere moleculen aanwezig. Het probleem is om die ook echt te detecteren: hoe groter een molecuul hoe minder er van aanwezig is’, legt Kamp uit. Je hebt een groot oplossend vermogen nodig om die moleculen in een protoplanetaire schijf te zien, naar astronomische maatstaven zijn dit zeer kleine objecten. Maar complexe organische moleculen van tientallen atomen zijn al wel waargenomen in de ruimte en in kometen, dus het lijkt waarschijnlijk dat ze ook in protoplanetaire schijven aanwezig zijn.

Een ander onderzoeksobject van Kamp is water: ‘We willen weten hoeveel water aanwezig is en waar het vandaan komt.’ Tijdens het ontstaan van planeten bij een ster kan er zeer hete waterdamp ontstaan. Dit kan een gunstig klimaat opleveren voor de vorming van organische moleculen. ‘We weten dat asteroïden in ons eigen zonnestelsel water bevatten. En daarin we vinden organische moleculen op het grensvlak van het water.’

Kamp verwacht dat nieuwe telescopen, zoals de radiotelescoop SKA en de James Webb ruimtetelescoop, meer informatie zullen opleveren over protoplanetaire schijven en de atmosfeer van exoplaneten, zoals de aanwezigheid van organische moleculen. De volgende stap is om die informatie te interpreteren. Veel organische moleculen ontstaan via gewone chemische processen. ‘Dus wanneer we in een buitenaardse atmosfeer bijvoorbeeld methaan vinden hoeft dat niet te betekenen dat daar ook leven aanwezig is. We zullen moeten kijken naar de verhoudingen tussen verschillende moleculen. Lastig is dat we geen experimenten kunnen doen, alleen maar obsereren, dus het is bijna een soort sociologisch onderzoek.’

Creativiteit

In ons zonnestelsel is wellicht directer bewijs van leven te vinden. Nieuwe ruimtemissies naar de manen van Jupiter en Saturnus staan in de planning en die kunnen dat harde bewijs voor leven vinden in monsters van het oppervlak. ‘De Juno missie is al aangekomen bij Jupiter en zal de structuur van de atmosfeer en de hoeveelheid water daarin onderzoeken. Een andere missie zal in 2022 gelanceerd worden.’

Een deel van het werk van Kamp bestaat uit computersimulaties. Uitrekenen hoe protoplanetaire schijven zich gedragen is een hele uitdaging. ‘We willen een groot deel van de schijf gedurende een lange tijd simuleren, van tienduizenden tot miljoenen jaren.’ Op dit moment zijn de modellen die Kamp daarvoor gebruikt nog nauwelijks dynamisch omdat de complexiteit van zo’n simulatie te groot is. ‘Er is een heleboel creativiteit nodig, bijvoorbeeld door eerst een ruwe, grootschalige simulatie te doen en vervolgens in te zoomen op interessante stukjes daarvan.’ Om dit te realiseren is de hulp van wiskundigen en computerwetenschappers nodig.

Geld

En juist daarom is deelname aan het Origins Center zo nuttig: ‘Ik heb er al een heleboel wetenschappers uit andere vakgebieden ontmoet die mij mogelijk kunnen helpen.’ Er zijn bijvoorbeeld analytische technieken ontwikkeld voor andere doeleinden die bruikbaar zijn bij onderzoek van chemische reacties in de ruimte. ‘En ik heb overlegd met Paul Mason en Inge Loes ten Kate, geofysici van de Universiteit Utrecht, over de vorming van organische moleculen in gesteente met hete waterdamp.’

Dit motiveert Kamp, net als veel van haar collega’s, om naar de workshops en bijeenkomsten van het Origins Center te komen. ‘Het is een beweging die van onderop ontstaan is. Ons doel is om een gemeenschap te vormen rond deze belangrijke oorsprongsvragen. Er is niet zo heel veel geld beschikbaar, maar door een paar sleutelprojecten te financieren en nog wat geld te steken in een aantal kleinere projecten zoals workshops kunnen we er voor zorgen dat de hele gemeenschap binnen het Origins Center er van profiteert.’

Dit is de vijfde aflevering in een serie over RUG-onderzoek naar de oorsprong van het universum, de aarde en het leven.
Deel 1: Nieuw centrum onderzoekt oorsprong van leven en het universum
Deel 2: Evoluerende moleculen tonen hoe leven werkt
Deel 3: Leven bouwen via synthetische biologie
Deel 4: De gebroken symmetrie van het leven

Deel 6: Oorsprongsvragen voor de computer