Interstellair ijs als molecuulfabriek

Lezing 7

Scheikunde en astronomie

Af en toe maken we in onze hoorcolleges mooie uitstapjes naar vakgebieden die aan sterrenkunde gerelateerd zijn. Zo maken we op zaterdag 15 april een uitstapje naar het vakgebied scheikunde, met prof. dr. Herma Cuppen, van onze Radboud Universiteit.

Het college vindt plaats op zaterdag 15 april 2023 tussen 13:30 en 15:30 uur. Het bestaat uit twee blokken van pakweg 40-45 minuten met telkens een vragenrondje en halverwege een korte pauze. Het college is hybride, zoals alle hoorcolleges dit jaar. Je bent van harte welkom in ons mooie Huygensgebouw in Nijmegen of je kijkt mee vanuit thuis via de livestream. De link vind je onderaan deze pagina, maar daar is natuurlijk pas op de bedoelde datum en tijd iets te zien.

Interstellair medium?

Dat het interstellair medium (ISM) verre van leeg is, weten we allemaal. O ja? Weet jij wat ISM is? Dat is toch de materie en energie die zich tussen de sterren in een melkwegstelsel bevindt? Het bestaat uit gas en stof en heeft een verrassende rijke chemie. Ondanks de lage temperaturen en lage druk, kunnen veel nieuwe moleculen ontstaan en deze moleculen spelen een belangrijke rol in de vorming van nieuwe sterren en planeten.

Oppervlaktereacties op interstellair stof spelen hierbij een belangrijke rol. Moleculen als water, methanol, koolstofdioxide en methaan vormen op het stof en blijven hier vastgevroren zodat ijslagen ontstaan. De James Webb Telescoop kan deze ijslagen waarnemen en we kunnen ze nabootsen in de computer of in het laboratorium.

In de afgelopen jaren is er veel onderzoek gedaan om oppervlaktereacties beter te begrijpen. In eerste instantie was dit het onderzoek naar kleine moleculen zoals water, maar recentelijk ook naar grotere moleculen zoals glycoaldehyde en glycine, het meest eenvoudige aminozuur.

In tegenstelling tot wat eerder werd gedacht, kunnen beide moleculen bij 10 K vormen zonder tussenkomst van straling. Prof. Herma Cuppen gaat in het hoorcollege in op hoe we deze ijslagen kunnen waarnemen met telescopen, wat we geleerd hebben over de oppervlaktechemie en wat deze informatie ons kan vertellen over ster-en planeetvorming.

Klinkt dit nog steeds als abracadabra in je oren? Dat is mooi, want dan wil jij bij dit hoorcollege aanwezig zijn, het grensgebied tussen sterrenkunde en scheikunde.

Over Herma Cuppen

Prof. dr. Herma Cuppen behaalde haar master en doctoraat in scheikunde aan onze Radboud Universiteit. Na haar promotie werkte ze als onderzoeker voor Leiden Observatory en Ohio State University in de Verenigde Staten. Sinds 2018 is ze hoogleraar Computationele Scheikunde bij het Institute for Molecules and Materials van onze universiteit. Dit vakgebied is een tak van de scheikunde die computersimulaties gebruikt bij het oplossen van complexe scheikundige problemen om structuren, interacties en eigenschappen van moleculen te berekenen.

Oorsprong van leven

Herma voelt zich comfortabel bij de overlapping van astronomie en scheikunde: astrochemie, de studie naar moleculen in het heelal. Zelf zegt ze hierover: “We weten dat er zich verschillende moleculen kunnen vormen op interstellair ijs dat zich in de ruimte tussen sterren bevindt. Deze moleculen spelen een rol bij de vorming van sterren en planeten. Maar de processen zijn buitengewoon moeilijk te bestuderen, vooral omdat de ruimte extreem leeg is en processen miljoenen jaren kunnen duren. Met behulp van rekenmethoden kunnen we de processen versnellen.”

Zo toonde ze aan, samen met anderen, dat glycine, het eenvoudigste aminozuur en een belangrijke bouwsteen van het leven, kan ontstaan onder de barre omstandigheden die in de ruimte heersen. De onderzoekers vermoeden dat complexe organische moleculen via kometen en stofdeeltjes - die vroeger of later op planeten inslaan - de basis voor leven kunnen vormen. Lees ook dit artikel op Radboud Recharge.

Huiswerk

Je weet dat we bij onze colleges een bepaalde hoeveelheid basiskennis verwachten. Maar we verwachten niet dat je ditmaal basiskennis hebt over aminozuren en het ontstaan van leven in het heelal. Toch krijg je in de hogere klassen van het VWO wel lessen over DNA en meer. Lees gerust deze pagina over de oorsprong van het leven eens, als achtergrondinformatie.

Snap je het nog niet direct en wil je toch meer weten over deze overlapping tussen sterrenkunde en scheikunde? Zorg dan dat je er op 15 april bij bent.