Suiker in de ruimte

Astronomen hebben een simpele vorm van suiker ontdekt rond een jonge ster die op onze Zon lijkt, op een positie waar een planeet kan ontstaan. Suiker is een van de bouwstoffen van leven. Het lijkt er nu op dat er ook al suikers aanwezig waren op de plek waar de Aarde ontstond, nog voordat onze planeet daadwerkelijk een gestalte aannam. Zien we nu eenzelfde scenario gebeuren, op 400 lichtjaar bij ons vandaan?

Rond de ster – onderdeel van dubbelster IRAS 16293-2422 – zag een internationaal team van sterrenkundigen met de ALMA-telescoop suikermoleculen in de vorm van glycolaldehyde, één van de bouwstenen bij de vorming van RNA. Ze konden de stof waarnemen via de straling die de moleculen uitzenden als gevolg van opwarming door hun moederster. De ster is ontstaan uit een koude wolk van gas en stof. Die was zelfs zo koud, dat gassen zoals koolstofmonoxide en methaan in vaste vorm samenklonterden. Op deze manier vormden ze complexere moleculen. Het centrum van de wolk ontwikkelde zich ondertussen tot een ster, die opwarmde toen ze eenmaal was ontbrand. De inmiddels gevormde complexe, organische moleculen buiten het centrum werden onder invloed hiervan opgewarmd tot een gas, dat straling uitzendt in de vorm van radiogolven. Deze golven vingen de astronomen op met de ALMA-telescoop. Behalve suikers zagen ze ook andere organische stoffen, zoals glycol, methylformiaat en ethanol – ofwel alcohol.

Nu is het de vraag of dit soort organische moleculen zich vaak rond zon-achtige sterren bevinden, wat zou duiden op een grote kans dat er ergens leven is ontstaan, net zoals hier op Aarde. Suikers waren al eerder waargenomen in het heelal, maar nog niet rond een (dubbel)ster die vergelijkbaar is met onze Zon. Dat maakt de ontdekking zo bijzonder. We zien mogelijk een zonnestelsel in wording met complexe moleculen als ingrediënten. Waar dat toe kan leiden, kun je zien als je om je heen kijkt. Het heeft echter geen zin om te wachten tot er 400 lichtjaar ver weg misschien een planeet met leven ontstaat; dat duurt veel te lang. Wel is het belangrijk om te weten dat zo’n proto-zonnestelsel bestaat, wat betekent dat er ook andere kunnen zijn, die wellicht al volwassen zijn geworden. Net als wij.

De onderzoekers publiceerden hun bevindingen in Astrophysical journal letters.

Venus als proefkonijn

Tijdens het ochtendgloren van aanstaande 6 juni dient de laatste kans zich aan voor bijna alle Nederlanders om een venusovergang te aanschouwen. Venus schuift dan voor de zon langs, en laat zijn schaduw daarna niet meer zien tot 2117. Ik ben in elk geval niet van plan om het zo lang uit te zingen, dus woensdag over een week zal mijn wekker al vroeg afgaan. Om precies te zijn om 5:22 uur, als de zon opkomt in Nederland. Vrij snel daarna is het zeldzame schouwspel namelijk alweer voorbij. Venus blokkeert ongeveer elke eeuw tweemaal een beetje zonlicht, met een pauze van acht jaar – de vorige keer was in 2004. Na zo’n paartje venusovergangen duurt het weer ruim honderd jaar tot de volgende twee.

Volgende week is het niet alleen voor geïnteresseerde vroege vogels de laatste kans om het silhouet van venus te zien, maar ook wetenschappers weten dat ze nu een slaatje moeten slaan uit de gratis voorstelling. Met behulp van de Hubble Space Telescope gebruiken ze de overgang om een nieuwe methode te testen voor het vinden van buitenaards leven. Astronomen zijn geïnteresseerd in de samenstelling van de atmosfeer rond exoplaneten – verre planeten buiten ons zonnestelsel – om te weten of die mogelijk geschikt is voor leven. Deze planeten staat zo ver van de aarde vandaan, dat het erg moeilijk is om informatie hierover te krijgen. De beste gelegenheid doet zich voor als ze, net als venus op 6 juni, voor hun moederster langs vliegen. Op dat moment schiet het licht van de ster door de atmosfeer van een planeet richting onze telescopen. Door vervolgens het spectrum te analyseren van het ontvangen licht, krijgen de astronomen een beeld van de atmosfeer op de exoplaneet.

Volgende week gaan ze deze methode testen, met de relatief dichtbije venus als proefkonijn. En omdat de zon te fel is om er zonder filter een telescoop op te richten, laten ze de Hubble telescoop naar de maan kijken. Het zonlicht dat via de venusatmosfeer op de maan weerkaatst richting aarde, kunnen de wetenschappers dan analyseren en zodoende de samenstelling bepalen van die atmosfeer. In dit geval zal het antwoord zijn dat die niet geschikt is voor leven zoals we dat op aarde kennen, maar het gaat hier om een test. Zo heeft een ander onderzoeksteam in februari een andere overbodige ontdekking gedaan; er is leven op aarde. Ze observeerden de maan met de Very Large Telescope in Chili. Het zonlicht dat via de aarde op de maan weerkaatste, vertoonde een spectrum waaruit de onderzoekers konden afleiden dat er oceanen en vegetatie aanwezig zijn op aarde. Op 6 juni staat Hubble gedurende de volle zeven uur van de venusovergang op de maan gericht, omdat elk beetje licht welkom is. Slechts één honderdduizendste deel van het zonlicht zal namelijk zijn weg vinden door de atmosfeer van venus en vervolgens weerkaatsen op de maan.

Rol je ’s ochtends op 6 juni uit de kroeg en ben je je eclipsbrilletje vergeten, dan kun je altijd nog naar de maan kijken en volhouden dat je de atmosfeer van venus hebt gezien. En wellicht ben je dan ook getuige van een historisch experiment.

Heronderzochte Mars-monsters geven tekenen van leven

Na een nieuwe data-analyse van de 1976 Viking-missie naar Mars ontdekken onderzoekers een complexiteit die duidt op leven. Ze heropenden het onderzoek naar de op Mars opgegraven monsters na een hint van de Phoenix Mars Lander in 2008.

In 1976 landden twee ruimtevaartuigen van NASA op Mars; Viking 1 en Viking 2. Daar verzamelden ze monsters van het  oppervlak en analyseerden die ter plekke op tekenen van leven. Dat deden ze door het monster tot vijfhonderd graden Celsius te verhitten, zodat alles zou verdampen, en vervolgens het resulterende gas te onderzoeken met een spectrometer. Daarmee kun je stoffen van elkaar onderscheiden omdat ze op andere golflengtes licht doorlaten. Op die manier zouden levende micro-organismen hun aanwezigheid verraden. Ze gaven echter geen krimp.

In de jaren ’70 was deze negatieve spectraalanalyse een reden om een andere onderzoeksmethode, die wel positief testte voor leven, af te doen als onbetrouwbaar. De geautomatiseerde ruimtevaartuigen van de Viking-missie voegden voedingsstoffen toe aan een monster, in de hoop  dat organismen die zouden verwerken en daarbij koolstofdioxide (CO2) uitstoten. Er kwamen inderdaad gassen vrij, waaronder waarschijnlijk CO2, maar de wetenschappelijke gemeenschap zag er geen bewijs in voor leven, omdat dit ook het resultaat kon zijn van een geologisch – in plaats van een biologisch – proces. De spectra van het monster duidden immers niet op leven.

Tijdens een nieuwe Mars-missie in 2008 stuitten onderzoekers van NASA op een mogelijke verklaring voor deze negatieve test. Hun Phoenix Mars Lander vond perchloraat op Mars. Die stof kan organische (biologische of niet-biologische) stoffen vernietigen, zo demonstreerde een experiment met een monster van aardse woestijngrond. Onderzoekers voegden perchloraat toe aan het brokje aarde – dat levende organismen bevatte – en voerden dezelfde spectroscopie uit als de Vikings in de jaren ’70. Het resultaat: geen leven. Door de verhitting van het monster had het perchloraat de organismen afgebroken. Nu de Phoenix Mars Lander heeft aangetoond dat deze stof in de grond zit van Mars, is het mogelijk dat de Vikings per ongeluk buitenaardse organismen hebben ‘verdelgd’ met perchloraat  tijdens het verdampen van het monster en daarom dus niets vonden bij de spectraalanalyse. De stoffen chloromethaan en dichloromethaan die overbleven na de test met woestijngrond, waren ook nog precies de enige organische chemicaliën die de Vikings vonden. Als verklaring voor hun aanwezigheid werd toen gegeven dat het vervuiling was door reinigingsvloeistoffen van de ruimtevaartuigen.

In de rug gesteund door de hint van de Phoenix Mars Lander ging een team van Italiaanse en Amerikaanse onderzoekers (Bianciardi et al.) aan de slag met een nieuwe analyse van de data die de Vikings produceerden bij hun tests. Ze keken naar de complexiteit van de moleculen in de monsters. Levende systemen zouden immers complexer in elkaar zitten dan niet-biologische. De wetenschappers zagen een complexiteit in de Viking-monsters die sterk overeenkomt met de grond van onze planeet. Bovendien bevat het een hoge mate van ordelijkheid, wat volgens het onderzoeksteam karakteristiek is voor biologische systemen. Controle-monsters zonder organismen vertonen andere (minder complexe) patronen en zijn minder geordend, wat zich uit in ‘near-random‘ ruis. Ze publiceerden hun resultaten in het huidige nummer van het International Journal of Aeronautical and Space Sciences. ‘Deze analyse ondersteunt de interpretatie dat het Viking Labeled Release experiment bestaand microbieel leven op Mars detecteerde,’ zo luidt de boodschap.

Op dit moment is NASA’s Curiosity op weg naar Mars, waar hij volgens planning op 6 augustus van dit jaar zal landen. Aan boord zijn instrumenten die volgens een alternatieve methode de Marsbodem gaan onderzoeken op leven. Dat gebeurt bij lagere temperatuur, waardoor het perchloraat op Mars de mogelijk aanwezige organismen niet vernietigt. Dan zullen we zien of Bianciardi en consorten een wereldontdekking hebben gedaan.

Miljarden ‘leefbare’ planeten in Melkweg

Twee maanden geleden berichtte ik over een schatting van astronomen dat er meer planeten zijn dan sterren in onze Melkweg. Dat betekent dus al een paar honderd miljard planeten. Het is daarmee echter nog niet gezegd dat er daar ook leven mogelijk is. Veel zouden immers gasplaneten kunnen zijn, zoals Jupiter en Saturnus in ons eigen zonnestelsel. Bovendien is leven zoals wij dat kennen – op basis van water – alleen mogelijk als een planeet zich in de ‘leefbare zone’ bevindt, wat betekent dat de afstand tot zijn zon dusdanig is dat de temperatuur tussen de nul en honderd graden Celsius ligt.

Nu hebben onderzoekers een schatting gemaakt van het aantal aardachtige ‘leefbare’ planeten in de Melkweg; dat zijn er tientallen miljarden. Een planeet is het gemakkelijkste te detecteren als hij dicht om zijn zon draait, omdat hij dan vaker voor die ster langsgaat en er meer invloed op uitoefent met zijn zwaartekracht. Bij een ster zoals onze Zon betekent zo’n afstand vaak dat de temperatuur te hoog ligt voor vloeibaar water. Nu wil het geval dat ongeveer tachtig procent van alle sterren een rode dwerg is – een lichte koele ster, die heel lang leeft, en daardoor ook in zulke grote getalen aanwezig is. De leefbare zone rond een rode dwerg ligt veel dichter bij de ster dan in het geval van onze Zon.

Leefbare planeten zijn dus makkelijker te detecteren als ze rond een rode dwerg cirkelen. Helaas zijn rode dwergen zelf juist moeilijker te zien dan ‘normale’ sterren, omdat ze veel minder licht uitstralen. Met grote telescopen, zoals de 3.6-meter telescoop op La Silla Observatory in Chili, kunnen astronomen ze toch observeren. Vanuit dit observatorium keken ze zes jaar lang naar 102 rode dwergen met hun High Accuracy Radial velocity Planet Searcher spectrograph (HARPS-spectrograaf). Daarmee detecteerden ze bij sommige dwergen een verandering in kleur, die ze aan een planeet toeschreven. Terwijl de planeet om zijn moederster draait, beïnvloedt hij de beweging van die ster een beetje met zijn zwaartekracht. Vanuit de Aarde gezien beweegt de ster dan langzaam naar ons toe en van ons af. Door het Dopplereffect verandert dan de golflengte van het uitgestraalde licht; de ster lijkt iets blauwer en daarna iets roder te worden.

Op deze manier vonden de onderzoekers negen ‘superaardes’ – rotsachtige planeten met tussen de 1 en 10 aardmassa’s – waarvan twee in de leefbare zone. Met in het achterhoofd dat de HARPS-spectrograaf sommige planeten niet kan zien, komen ze uiteindelijk op een percentage van 41% (met 28%-95% marge) rode dwergen met een leefbare superaarde. Als je dan bedenkt dat er ongeveer 160 miljard rode dwergen door de Melkweg vliegen, kom je uit op tientallen miljarden leefbare planeten. Binnen een straal van dertig lichtjaar (= 283815852000000 kilometer) rond de Aarde – astronomen noemen dat ‘in de buurt’ – zijn ongeveer honderd planeten met de juiste condities voor leven.

Latere schooltijden

Pubers ervaren het dagelijks, volwassenen weten nog hoe het voelde. Die verschrikkelijke wekker om zeven uur ’s ochtends, terwijl je nog in diepe slaap verkeert. Als door een wormgat word je met brute kracht uit dromenland gesleurd – een andere dimensie ergens ver van de keiharde drie die je slaapkamer vormgeven. Als scholier vraag je je elke ochtend weer af: ‘Waarom zo vroeg?!’

Hoewel volwassenen hun wekker ook niet als hun favoriete gadget beschouwen, hebben zij veel minder moeite met vroeg opstaan dan pubers. Dat komt door een verschil in het biologische ritme. Neurowetenschappers Russell Foster en Till Roenneberg bepaalden voor elke leeftijdscategorie het gemiddelde slaapritme. De interne klok van pubers en vroege twintigers blijkt twee uur achter te lopen op die van mensen van middelbare leeftijd.

Toch lopen school- en werktijden van scholieren en hun ouders over het algemeen synchroon. Dit heeft natuurlijk praktische voordelen voor het functioneren van een gezin, maar echt eerlijk voor de pubers is dit niet. De tijd waarop de werkdag begint, is afgestemd op de biologische klok van volwassenen, terwijl jongeren op een voor hen onnatuurlijke tijd chagrijnig aan de ontbijttafel zitten. Op het eerste gezicht lijken ze gewoon lui, en ouders zijn geneigd om hun kinderen eerder naar bed te sturen. Zo simpel is de oplossing echter niet. De onderzoekers claimen dat je het dagelijkse ritme niet zomaar kunt regelen door te kiezen voor bepaalde slaaptijden. Ons lichaam is (per leeftijd op een bepaalde manier) afgestemd op daglicht, en het intrinsieke systeem dat zorgt voor vermoeidheid en alertheid reageert hierop. Uit fase leven met je natuurlijke ritme kan volgens Foster en Roenneberg zorgen voor een slechter geheugen, minder motivatie en zelfs depressies, slapeloosheid en overgewicht.

De directie van Monkseaton High School in Tyneside (Verenigd Koninkrijk) besloot hierop de schooltijden aan te passen aan scholieren. Dat klinkt eigenlijk opvallend logisch. Toch is deze school een grote uitzondering. En waar Nederlandse adolescenten al vermoeid opstaan, gaat de wekker in de meeste andere landen zelfs op een vroeger tijdstip. Daar is de schade dus nog groter. In Tyneside gaan de deuren tegenwoordig pas open om 10:00 uur, met minder absenties en betere resultaten tot gevolg, zo geeft directeur dr. Paul Kelley aan. Hij onderbouwt de latere lestijden met verder onderzoek van Foster, speciaal gericht op scholen. Zo bleek dat de prestaties van scholieren beter worden naarmate de dag vordert, terwijl die van de docenten juist verslechteren.

Een Amerikaans medisch onderzoek keek naar het effect dat een later begin van de schooldag heeft op het aantal uren dat pubers ’s nachts slapen. Door de lessen drie kwartier later te laten beginnen, sliepen ze in totaal ruim een half uur langer. Dus terwijl ze ’s ochtends 45 minuten later opstonden, sliepen ze ’s avonds slechts een kwartier later in. Dit bewijst dat je het slaapritme van scholieren niet kunstmatig kunt aanpassen door ze vroeger naar bed te sturen en de wekker eerder te zetten. Ze hebben daadwerkelijk een voorkeur voor bepaalde slaaptijden, en die overlappen met het begin van de schooldag.

Er zijn natuurlijk veel factoren die meespelen bij het bepalen van de schooltijden. Zo is het praktisch als een gezin samen ontbijt, ouders hun kinderen naar school brengen voor ze naar kantoor gaan, en (volwassen) docenten volgens hun natuurlijke ritme leven. Aan de andere kant kun je je afvragen of die voordelen opwegen tegen de gezondheidsrisico’s die scholieren lopen en de slechtere prestaties op school.

Meer planeten dan sterren

Anderhalve week geleden kwamen astronomen met een statistische schatting dat in onze Melkweg meer planeten zijn dan sterren. Twintig jaar geleden vroegen we ons nog af of er überhaupt andere planeten bestonden buiten ons Zonnestelsel. Vervolgens ontdekten we de ene na de andere exoplaneet en het vermoeden rees dat het heelal bezaaid is met andere werelden. Zoiets spreekt toch tot de verbeelding, en toen dit vermoeden op 11 januari jl. daadwerkelijk statistisch werd onderbouwd, verwachtte ik dat alle media er bovenop zouden springen. Maar dat viel vies tegen. Een klein berichtje in enkele dagbladen, dat was waar het grote publiek het mee moest doen, en dus ging dit grote nieuws aan de meeste mensen voorbij. Nou gaat dit kleine blogje dat waarschijnlijk niet goedmaken, maar deze blogpost waagt toch een poging.

De meeste exoplaneten worden ontdekt via twee methodes; de radial velocity methode en de transit methode. Bij de eerste zoeken sterrenkundigen naar kleine bewegingen van een ster, die worden veroorzaakt door een (zware) planeet die er (dichtbij) omheen draait. De tweede is gebaseerd op een planeet die voor zijn moederster langsgaat en daarbij een klein beetje licht blokkeert. Een groep onderzoekers heeft de afgelopen zes jaar een derde methode toegepast; gravitational microlensing. Ze speuren de hemel af naar zeer zeldzame gebeurtenissen waarbij twee sterren – vanuit de Aarde gezien – precies op een lijn staan. De ster op de voorgrond acteert dan als lens voor het licht van de achtergrondster. Fotonen die normaal gesproken langs de Aarde zouden vliegen, worden nu door de zwaartekracht van de voorgrondster zodanig afgebogen dat ze toch onze telescopen bereiken. Een eventuele planeet die om de voorgrondster cirkelt, maakt zich kenbaar door als bewegende massa voor verstoringen te zorgen.

Na een langdurige zoektocht ontdekten de onderzoekers op deze wijze drie planeten. Dat klinkt weinig, maar gezien de astronomische zeldzaamheid dat twee sterren precies op een lijn staan, is dit toch een significant aantal. Hoewel ze afhankelijk waren van zeer uitzonderlijke gebeurtenissen, vonden ze toch  drie keer datgene waarnaar ze op zoek waren. Dat betekent ofwel dat ze extreem veel geluk hadden, ofwel dat het onvermijdelijk was omdat er zoveel planeten zijn. Uiteindelijk kwamen ze met een statistische schatting dat elke ster in de Melkweg gemiddeld meer dan één planeet heeft. Dat betekent meer dan 200 miljard planeten. En dat zou heel goed ook voor de andere 100 miljard sterrenstelsels kunnen gelden. 20.000.000.000.000.000.000.000 planeten dus. Een ontdekking die het vermelden waard is.

Breed assortiment exoplaneten

Struinend over het internet op zoek naar een interessant onderwerp voor een artikel, kom ik de laatste tijd erg vaak een bericht tegen over weer een bizarre exoplaneet die net is ontdekt. Twee decennia geleden brachten astronomen het grote nieuws naar buiten dat ze de allereerste planeet hadden gevonden buiten ons zonnestelsel. En als er één planeet is in outer space, waarom dan niet nog een hoop andere, zo was de gedachte. De grote zoektocht begon, en naarmate de detectietechnieken beter werden, zagen sterrenkundigen steeds vaker een nieuwe planeet in hun data.

Sinds NASA een kleine drie jaar geleden ruimtetelescoop Kepler de lucht in stuurde, stapelen de ontdekkingen zich op. Momenteel zijn ruim zevenhonderd planeten al bevestigd, en van de 2.300 ‘kandidaatplaneten’ zullen naar schatting ook nog eens ruim tweeduizend daadwerkelijk planeten blijken. Kepler detecteerde het leeuwendeel hiervan, en heeft zijn blik gericht op slechts een klein stukje van de Melkweg – een van de honderd miljard sterrenstelsels.

Of zich tussen dit enorme aantal een leefbare wereld bevindt, blijft natuurlijk de vraag, maar dat er een paar excentriekelingen bij zitten, blijkt wel uit de berichten die ik steeds weer tegenkom. Een kleine selectie.

-Planeet Kepler-16b draait om een dubbelstersysteem, en heeft dus twee zonnen, net als Tatooine – de thuisplaneet van Luke Skywalker.

-Een kristalachtige planeet bestaat waarschijnlijk voornamelijk uit diamant. Het is eigenlijk de kern van een dode ster, maar een nabije compacte ster trok alle omringende lagen eraf, waardoor een diamanten planeet overbleef.

-De pikzwarte planeet TrES-2b weerkaatst minder dan één procent van het licht dat erop valt. Daarmee is het donkerder dan steenkool.

-Planeet 55 Cancri e bevat superkritisch water, wat in een fase zit tussen gas en vloeibaar.

-Planeet SWEEPS-10 draait in slechts tien uur om zijn zon heen. Als wij op 1 januari ’s ochtends om tien uur nog aan het uitslapen zijn, is het op deze planeet alweer oudjaar.

-Op planeet OGLE-2005-BLG-390Lb is het gemiddeld -220 graden Celsius, slechts vijftig graden boven het absolute nulpunt.

Al deze bizarre werelden liggen verzameld in dat kleine stukje Melkweg. Kijk op een heldere nacht maar eens richting het plekje tussen Vega en Deneb, de helderste sterren van respectievelijk de sterrenbeelden Lyra en Cygnus, en je staart ze allemaal tegemoet. En dan te bedenken dat er nog honderden miljarden van dit soort verzamelingen zijn met weer andere wonderlijke werelden, en – je zou het haast denken – levensvormen.

Wil je trouwens zelf je eigen planeet ontdekken in de Keplerdata? Het kan!

Online publicaties

Ik heb alvast gelinkt naar een aantal van mijn online publicaties, zie Artikelen.

Je ziet daar ook een lijst van mijn artikelen in papieren media.
De meeste zijn binnenkort op deze site te lezen.

Welkom

Welkom op mijn nieuwe blog!

Zoals je ziet, staan er nog geen publicaties op de site en is dit pas de allereerste blogpost.
Binnenkort zet ik een selectie uit mijn artikelen online.
Voor dit blog ga ik stukjes schrijven over zaken die mij opvallen binnen de wetenschap.

Blijf het dus in de gaten houden!