Tweet

Moleculenjager HIFI zoekt naar oorsprong 'beestachtig' zware sterren /1 reactie

Hoe worden nieuwe sterren precies geboren? Met de Nederlandse moleculenjager HIFI proberen sterrenkundigen nu al bijna anderhalf jaar die vraag te beantwoorden. De resultaten zijn veelbelovend: tot op heden zijn maar liefst 62 wetenschappelijke artikelen op basis van de waarnemingen van HIFI - ofwel Heterodyne Instrument for the Far Infrared - gepubliceerd. Sterrenkundigen ontdekten met het ruimte-instrument bijvoorbeeld twee nieuwe vormen van water en waterstoffluoride in de ruimte.

Sterrenkundigen weten waar nieuwe sterren worden geboren: in dichte donkere wolken in het heelal. Maar ster- en planeetvorming onttrekt zich normaal gesproken aan onze waarneming, dus weet men nog niet hoe dat precies gebeurt. Waarom ontstaan in sommige wolken bijvoorbeeld veel meer sterren dan in andere wolken? En waarom ontstaan soms lichte en soms zware sterren? Dankzij de ESA-ruimtetelescoop Herschel, met aan boord HIFI, kunnen sterrenkundigen in het ver-infrarode licht toch de processen bestuderen die in de stofwolken plaatsvinden. Zeker ook voor zware sterren is dat van belang. Zware sterren hebben een enorme (vooral destructieve) invloed op hun omgeving. Logisch dus dat astronomen graag willen weten waar dit soort ‘beesten’ vandaan komen.

Moleculenjager HIFI is een van de drie wetenschappelijke instrumenten aan boord van Herschel. Herschel kan de totale hoeveelheid ver-infrarood licht in kaart brengen met de instrumenten PACS en SPIRE, of de straling van specifieke moleculen eruit lichten met HIFI, het ruimte-instrument dat onder leiding van SRON Netherlands Institute for Space Research is gebouwd.

Water in wolken

Een van de belangrijkste moleculen in de ruimte is water. Water speelt een rol in alle fasen van het dynamische proces van ster- en planeetvorming. In dichte donkere wolken zorgt water (in gasvorm) voor koeling, waardoor deze wolken zich sneller samentrekken tot nieuwe sterren. Bij de schijf van stofdeeltjes rond jonge sterren fungeert water (in de vorm van een ijslaagje op de stofdeeltjes) als lijm die de stofdeeltjes aan elkaar laat kleven. Hierdoor ontstaan eerst rotsblokjes en uiteindelijk planeten. Op de oppervlakten van planeten fungeert water (in vloeibare vorm) als transportmiddel dat organische verbindingen bij elkaar brengt en zo het leven op gang helpt. Geen wonder dus dat water een speerpunt van HIFI is, ook omdat telescopen op aarde het molecuul niet kunnen zien.

SRON-onderzoeker Floris van der Tak: “Inmiddels hebben sterrenkundigen met behulp van HIFI vastgesteld dat de hoeveelheid water in dichte donkere wolken sterk varieert. Niet alleen van wolk tot wolk, maar ook binnen wolken. Rond sommige jonge sterren blijkt veel water aanwezig, wat erop wijst dat deze sterren hun omgeving al flink hebben opgewarmd. Het gevolg hiervan is dat verdere stervorming in deze wolken moeilijk zal zijn, omdat warme wolken zich niet gemakkkelijk samentrekken.”

Nieuwe vormen van water

Een tweede, onverwacht resultaat was de vondst van twee nieuwe vormen van water: elektrisch geladen water (OH+ en H2O+) en zwaar water (D2O). Het bestaan van elektrisch geladen water is een aanwijzing voor UV-straling: op aarde komt elektrisch geladen water niet in natuurlijke vorm voor maar in het laboratorium is het te maken met een sterke stralingsbron. Van der Tak: “In dichte donkere wolken is UV-straling niet direct te zien, dus OH+ en H2O+ zijn nuttige indicatoren voor deze onzichtbare straling. De bron van de UV-straling in gaswolken binnen onze Melkweg zijn jonge zware sterren die hun omgeving kapotstralen en die zo dus ongeschikt maken voor verdere stervorming.”

De ontdekking van zwaar water (D2O), dat alleen bij heel lage temperaturen wordt gevormd, betekent dat de dichte donkere wolken waar nu nieuwe sterren ontstaan in een eerder stadium bijzonder koud (minder dan 10 K) moeten zijn geweest. Het verschil in rustenergie tussen H2O+ en D2O is maar heel klein en wordt pas van belang bij heel lage temperaturen. Juist omdat het alleen bij lage temperaturen wordt gevormd, maakt zwaar water heel koud gas (en stof) zichtbaar. Dat is heel nuttig, want gas en stof zenden bij zeer lage temperaturen zelf maar heel weinig straling uit en worden makkelijk overstraald door warmer materiaal op de voor- of achtergrond.

Andere nieuwe moleculen

Behalve deze nieuwe vormen van water heeft HIFI in de ruimte nog andere nieuwe moleculen gevonden. Wellicht het belangrijkste hiervan is het molecuul HF (waterstoffluoride), dat vooral veel voorkomt in heel ijle wolken.