Sacha Hony van de Universiteit van Amsterdam heeft samen met Nederlandse en buitenlandse collega's voor het eerst zwavel-ijzerverbindingen buiten ons zonnestelsel waargenomen. Zij hebben ontdekt dat zwavel verstopt zit in kleine kristalletjes ijzersulfide en wel in zulke grote hoeveelheden dat het een belangrijke bouwsteen is van planeten bij sterren.
In de zeer ijle gas en stofwolken tussen de sterren komt relatief evenveel zwavel voor als in onze zon. Maar in koude dichte stofschijven rond zeer jonge sterren leek het zwavel helemaal verdwenen. Door de vondst van deze zwavel-ijzerverbindingen is dit raadsel nu opgelost.
Zwavel ontstaat net als alle andere chemische elementen zwaarder dan waterstof en helium uit kernreacties in sterren. Tijdens supernova explosies worden die elementen de ruimte ingeslingerd en komen ze terecht in de ijle gas en stofwolken tussen de sterren. Uit die stofwolken kunnen weer nieuwe sterren en zonnestelsels ontstaan. In ons zonnestelsel vinden we dan ook overal het zwavel terug. Op aarde komt het in vele verbindingen voor, bijvoorbeeld als het op goud lijkende pyriet, een zwavel-ijzerverbinding, als gips of als het gas zwaveldioxide. Bij actieve vulkanen op aarde, maar ook op de Jupiter-maan Io, komen zelfs afzettingen van pure zwavel voor. Meteorieten en de stofstaarten van kometen bevatten zwavel voornamelijk in de vorm van ijzersulfide kristalletjes.
De afwezigheid van zwavel in stofschijven rond jonge sterren was tot nu toe een groot raadsel. In zulke wolken is het zo koud, dat chemische reacties van zwavel met andere stoffen onwaarschijnlijk zijn. Het oorspronkelijke zwavel zou dus nog in dezelfde concentratie aanwezig moeten zijn, maar het blijkt totaal verdwenen.
Dit bleef onbegrepen totdat het team van Sacha Hony met een door de Stichting Ruimte Onderzoek Nederland (SRON) ontwikkelde spectrometer de stofdeeltjes rond jonge sterren is gaan analyseren. Deze spectrometer bevond zich aan boord van de Infrared Space Observatory (ISO) satelliet en was in staat om infraroodspectra van zeer hoge kwaliteit te maken. Bij nadere analyse van deze infraroodspectra ontdekte het team dat de koude stofschijven rond jonge sterren verschillende soorten ijzersulfide kristallen bevatten en wel in hoeveelheden die al het "vermiste" zwavel kunnen verklaren.
Stofdeeltjes uit de staarten van kometen, die hoog in de atmosfeer zijn verzameld, blijken eenzelfde mengsel van ijzersulfide kristallen te bevatten. Het team veronderstelt daarom dat de chemische reactie tussen zwavel en ijzer al in een vroeg stadium van het ontstaan van jonge sterren en ook van onze zon moet hebben plaatsgevonden. Dit maakt ijzersulfide een belangrijk ingredient bij de vorming van planeten uit de dichte stofschijven. Zwavel zou dus ook op aarde voornamelijk als ijzersulfides terecht zijn gekomen. En van deze ijzersulfides, waaronder het mineraal pyriet, is bekend dat het onder aardse omstandigheden een zeer goede katalysator is voor vele organische reacties.
Op aarde komt pyriet overvloedig voor. Pyriet wordt hier ook wel het goud der dwazen genoemd omdat vroegere goudzoekers het onderscheid tussen echt goud en (het in verhouding waardeloze) pyriet niet konden maken. Sacha Hony en collega's hebben aangetoond dat de aanwezigheid van het goud der dwazen, pyriet, letterlijk universeel blijkt te zijn.
Het onderzoek van Sacha Hony is op donderdag 9 mei in Nature gepubliceerd.
Nadere informatie:
Drs Sacha Hony
hony@science.uva.nl
Promotor Prof. Dr Rens Waters
rensw@astro.uva.nl