Een belangrijke puzzel in de astrochemie is nu eindelijk opgelost: Voor het eerst is het een team van theoretisch chemici en astronomen gelukt om te bepalen hoe je met methanol magneetvelden in de ruimte kunt meten. Dit geeft een nieuwe methode om de geboorte van sterren en planeten te onderzoeken. De onderzoekers publiceerden dit in het wetenschappelijke tijdschrift Nature Astronomy op 29 januari.
Astronomen bestuderen met licht- en radiogolven van moleculen in de ruimte hoe sterren en planeten geboren worden. Van methanolmoleculen in de ruimte is al langere tijd bekend dat ze gebruikt kunnen worden om magneetvelden te meten, die een belangrijke rol spelen bij dit geboorteproces. Maar dit soort metingen bij ontwikkelende zware sterren was tot nu toe onmogelijk, doordat een goed model van de magnetische eigenschappen van het molecuul methanol ontbrak.
Nu kan deze kennis eindelijk in de praktijk gebracht worden, mede met dank aan nieuwe berekeningen van theoretisch chemici Ad van der Avoird en Gerrit Groenenboom van de Radboud Universiteit Nijmegen en astrochemicus Boy Lankhaar, Nederlander in dienst van Chalmers University in Zweden.
De geboorte van extra zware sterren
Bij de vorming van nieuwe sterren komen methanolmoleculen voor als zogenaamde ‘masers’ (een fenomeen vergelijkbaar met lasers, waarbij moleculen in de ruimte intense microgolf-straling uitzenden). Met radiotelescopen vangen astronomen deze straling op en gebruiken deze om informatie over de magnetische velden rond een ster te bepalen.
Methanol is een van de sterkste masers en wordt met name gevonden in gebieden waar extra zware sterren geboren worden. Deze sterren zijn verantwoordelijk voor de productie van metalen en koolstof. Door het geboorteproces van deze sterren te begrijpen, zijn onderzoekers beter in staat om de oorsprong van de verschillende chemische elementen in het heelal te bepalen.
Tekst gaat verder onder animatie
Scheikunde helpt de astronomie
Al meer dan 50 jaar lukte het wetenschappers niet om de magnetische eigenschappen van methanol te meten in het laboratorium. Om die reden besloot het team van astronomen en theoretisch chemici dit uit te rekenen met principes uit de quantummechanica, wat resulteerde in een model dat deze eigenschappen precies beschrijft.
Theoretisch chemicus Ad van der Avoird: "Het werd een ingewikkelder project dan gedacht, omdat we methanol tot in groot detail moesten bekijken en de bestaande theorie niet klopte. Met veel inspanning hebben we uiteindelijk het model kunnen ontwikkelen dat de astronomen nodig hadden.”
Huib Jan van Langevelde, teamlid en onderzoeker van het Joint Institute for VLBI ERIC, Dwingeloo en Sterrewacht Leiden kijkt uit naar de toekomst. "Met de nieuwe kennis over de invloed van magneetvelden op methanol kunnen we onze waarnemingen rond de vorming van zware sterren veel beter interpreteren."
Publicatie
Characterization of methanol as a magnetic field tracer in star-forming regions. Door: Boy Lankhaar, Wouter Vlemmings, Gabriele Surcis, Huib Jan van Langevelde, Gerrit C. Groenenboom and Ad van der Avoird. In Nature Astronomy, 29 januari 2018
(c) Wolfgang Steffen/Boy Lankhaar/Wikimedia Commons/Ben Mills
Magneetvelden spelen een belangrijke rol op de plekken waar zware sterren worden geboren. Dit figuur geeft de vorming van een zware ster weer. In de lichte gebieden kunnen de radiosignalen van methanol gevonden worden. De lichte vlekken stellen methanol masers voor; de gebogen lijnen geven de magnetische velden weer. Dankzij de nieuwe berekeningen kunnen wetenschappers nu de sterke lichtsignalen van methanolmoleculen gebruiken om magneetvelden te meten.