Astronomen maken interstellaire stofkaart van de Melkweg

Als onze Melkweg zo erg zou krimpen dat sterren zo klein zijn als knikkers, zou er onderling nog steeds ongeveer duizend kilometer ruimte tussen zitten. We mogen dus gerust stellen dat sterrenstelsels voornamelijk bestaan uit lege ruimte. Toch is die ruimte niet zo leeg als je misschien denkt. Het is gevuld met zeer ijl gas en kleine stofdeeltjes van zo’n 0,1 micron—een duizendste van de dikte van een menselijk haar. Er is veel meer gas dan stof aanwezig in dit zogeheten interstellaire medium; slechts ongeveer één procent van het interstellair medium bestaat uit stof.

Dit stof wordt gevormd tijdens de levenscyclus van sterren. Een ster, en de planeten eromheen, ontstaat uit een instortende wolk van gas en stof. Wanneer de ster aan het einde van zijn leven komt, stoot hij een flink deel van zijn massa af aan het omliggende medium, waarmee hij nieuw materiaal aanlevert waaruit stof gevormd kan worden. Als de ster zijn leven eindigt met een supernova-explosie, verrijkt hij de omgeving met nog meer gas en stof, die uiteindelijk de nieuwe bouwstenen vormen voor sterren en planeten. Zoals Carl Sagan ooit zei: “We zijn gemaakt van sterrenstof”. Maar welke elementen precies beschikbaar zijn in het interstellaire medium om planeten zoals de Aarde te vormen, is nog onbekend.

(Tekst loopt verder na video.)

Een onderzoeksgroep van SRON onder leiding van Elisa Costantini heeft het interstellaire stof in onze Melkweg nu bestudeerd met behulp van röntgenstraling. Zo hebben ze voor het eerst het stof in het centrale deel van de Melkweg onderzocht en ontdekten ze dat de stofkorrels in die omgeving bestaan uit glasachtig olivijn, bestaande uit magnesium, ijzer, silicium en zuurstof. De interactie met straling afkomstig van sterren en botsingen met hoogenergetische kosmische deeltjes zorgen ervoor dat de stofdeeltjes smelten en kleine glasachtige korreltjes vormen. In de diffuse gebieden verder verwijderd van het centrale deel van de Melkweg vond het team aanwijzingen voor een grotere variatie in de samenstelling van het stof. Dit kan leiden tot planetenstelsels met uiteenlopende samenstellingen, waardoor het zelfs zo zou kunnen zijn dat de chemische samenstelling van ons zonnestelsel eerder uitzondering is dan regel.

Costantini: ‘Ons zonnestelsel is gevormd in een buitenregio van de Melkweg en is het resultaat van een complexe reeks gebeurtenissen, waaronder nabije supernova-explosies. Het blijft een open vraag wat de juiste omgeving en omstandigheden zijn om planeetstelsels te vormen waar leven kan gedijen, zoals in ons zonnestelsel.’

Om tot hun onderzoeksresultaten te komen, vergeleken Costantini en haar groep waarnemingen van röntgentelescopen met laboratoriummetingen uit deeltjesversnellers. In röntgenstraling kun je specifieke patronen zien—een soort streepjescodes—die uniek zijn voor verschillende soorten stof zoals silicaten, oxides en sulfaten. De laboratoriummetingen aan stof dat qua samenstelling lijkt op wat we in de ruimte vinden, zijn vervolgens omgezet naar astronomische modellen. De onderzoekers vergeleken die modellen met sterrenkundige observaties om zo de beste overeenkomsten te vinden. Door de Melkweg vanuit verschillende zichtlijnen te bekijken, konden ze verschillende gebieden van ons sterrenstelsel verkennen.

Het onderzoeksteam gebruikte de deeltjesversnellers Soleil-LUCIA beamline, Dubble-ESRF beamline en Titan electron microscope (Universiteit van Cadiz). Voor de sterrenkundige observaties gebruikten ze de röntgentelescopen XMM-Newton (ESA) en Chandra (NASA). Dit onderzoek is ondersteund door een NWO-VIDI beurs: 639.042.525 (PI: E. Costantini).