Een team van internationale ruimteonderzoekers heeft aangetoond dat de chemie van eenvoudige koolwaterstoffen in de ruimte grotendeels wordt bepaald door de ultraviolette straling van jonge hete sterren. Schokgolven daarentegen bleken geen grote invloed te hebben. De onderzoekers deden hun verrassende ontdekking dankzij waarnemingen met Herschel/HIFI (ESA) in de Orionnevel. De ontdekking werpt nieuw licht op het ontstaan van de basiselementen van de bouwstenen van leven in de ruimte.  (English follows)

De door de sterrenkundigen geanalyseerde waarnemingen van HIFI – ontwikkeld en gebouwd onder leiding van SRON, aan boord van de Herschel-ruimtetelescoop (2009-2013) – zijn de meest gedetailleerde ooit van geïoniseerd koolstof (C+), en van gewone (CH) en geïoniseerde (CH+) koolwaterstof-moleculen. Geïoniseerd koolstof is een heel belangrijk atoom omdat het in staat is warmte en bewegingsenergie uit gaswolken op te nemen en uit te stralen als ver-infrarood licht. Daardoor geeft het sterrenkundigen inzicht in de verhitting van gaswolken waaruit sterren en planeten kunnen ontstaan, bijvoorbeeld door sterlicht en door schokgolven.

Koolwaterstoffen behoorden 70 jaar geleden tot de eerste moleculen die werden ontdekt in de ruimte. Ze vormen de basisbestanddelen van meer complexe organische moleculen die de bouwstenen vormen van het leven op aarde.

De Orion-nevel is ideaal om geioniseerde koolwaterstoffen te bestuderen (ESA/NASA/JPL-Caltech)

Ontstaan
Hoewel we ze dus al lang kennen, weten we eigenlijk nog niet hoe deze moleculen ontstaan in de gebieden waar we ze waarnemen. Vooral het ontstaan van geïoniseerde koolwaterstoffen roept veel vragen op, omdat er veel energie voor nodig is en omdat het molecuul in veel grotere hoeveelheden voorkomt dan je zou verwachten. Geïoniseerde koolwaterstoffen veranderen in principe snel in ‘neutrale’ koolwaterstoffen of andere moleculen als ze de kans krijgen.

De energie die nodig is voor het ontstaan van geïoniseerde koolwaterstoffen kan afkomstig zijn van waterstofgas dat wordt verwarmd door schokgolven. Die schokgolven kunnen komen van gas dat wordt uitgestoten bij de vorming van jonge zware sterren, van processen verder weg die het gas in de ruimte samenpersen (zoals supernova-explosies) of zelfs van de rotatie van melkwegstelsels. Dus tot voor kort zagen sterrenkundigen geïoniseerd koolwaterstof meestal als een indicator van  schokgolven in de gaswolken in de interstellaire ruimte. Maar de energie die nodig is voor de vorming van geïoniseerd koolwaterstof kan ook komen van ultraviolette straling van jonge zware sterren, die het omringende waterstofgas verhit.

Hete sterren
De Orion-nevel is ideaal om eenvoudige koolwaterstoffen te bestuderen: de nevel is getroffen door een groot aantal schokgolven en kent veel jonge hete sterren die het gebied beschijnen met ultraviolette straling.  De sterrenkundigen verwachtten aanvankelijk een mix van chemische processen te vinden, voortkomend uit zowel schokgolven als straling. Met HIFI konden ze deze hypothese in een groot gebied testen.

Tot hun verbazing vonden ze bijna geen bewijs voor de theorie dat schokgolven hier een rol in spelen, hoewel schokgolven zeker in de nevel voorkomen, onder andere als gevolg van het ontploffen van een of meer protosterren in het centrum van de nevel. De vorm van de spectraallijnen van de waargenomen straling, in combinatie met modellen die het gedrag en de verspreiding van atomen en moleculen beschrijven die worden blootgesteld aan ultraviolette straling, wijst erop dat bijna alle chemie van eenvoudige koolwaterstoffen wordt bepaald door de straling van hete sterren.

Energiebalans
De ontdekking helpt ons om de chemie van koolwaterstoffen in sterfabrieken beter te begrijpen, op zijn beurt weer van invloed op de energiebalans in sterrenstelsels. De rol van hete sterren blijkt daarbij in veel gevallen heel belangrijk te zijn, zo niet allesbepalend. Sterrenkundigen kunnen nu aan de hand van de sterkte van het ultraviolette veld van een hete ster voorspellen hoeveel eenvoudige koolwaterstoffen worden gevormd.

Het team van sterrenkundigen stond onder leiding van Patrick Morris (Caltech Pasadena), van 1995-1999 onderzoeker bij SRON en de Universiteit van Amsterdam. 

——————————————

HIFI discovers that UV light helps to create life’s building blocks in space

An international team of astronomers has discovered that hydrocarbon chemistry in space is triggered mainly by the ultraviolet radiation from young hot stars. They found almost no evidence that shocks play any role at all. The astronomers used Herschel/HIFI observations from the star-forming Orion nebula. The discovery sheds new light on the origin of life’s building blocks in space.

See the story of the NASA/Jet Propulsion Laboratory