Astrochemici onthullen de magnetische geheimen van methanol
Een belangrijke puzzel in de astrochemie is opgelost: theoretisch chemici en astronomen zijn erin geslaagd te bepalen hoe ze met methanol magneetvelden in de ruimte kunnen meten. Dit geeft een nieuwe methode om de geboorte van sterren en planeten te onderzoeken. De onderzoekers, onder wie Leids hoogleraar Huib Jan van Langevelde, publiceerden dit in Nature Astronomy op 29 januari.
Astronomen bestuderen met licht- en radiogolven van moleculen in de ruimte hoe sterren en planeten geboren worden. Van methanolmoleculen in de ruimte is al langere tijd bekend dat ze gebruikt kunnen worden om magneetvelden te meten, die een belangrijke rol spelen bij dit geboorteproces. Maar dit soort metingen bij ontwikkelende zware sterren was tot nu toe onmogelijk, doordat een goed model van de magnetische eigenschappen van het molecuul methanol ontbrak. Nu kan deze kennis eindelijk in de praktijk gebracht worden.
Straling opvangen met radiotelescopen
Bij de vorming van nieuwe sterren komen methanolmoleculen voor als zogenaamde masers, een fenomeen vergelijkbaar met lasers, waarbij moleculen in de ruimte intense microgolf-straling uitzenden. Met radiotelescopen vangen astronomen deze straling op en gebruiken deze om informatie over de magnetische velden rond een ster te bepalen.
Extra zware sterren
Methanol is een van de sterkste masers en wordt met name gevonden in gebieden waar extra zware sterren geboren worden. Deze sterren zijn verantwoordelijk voor de productie van metalen en koolstof. Door het geboorteproces van deze sterren te begrijpen, zijn onderzoekers beter in staat om de oorsprong van de verschillende chemische elementen in het heelal te bepalen.
Quantummechanica
Al meer dan 50 jaar lukte het wetenschappers niet om de magnetische eigenschappen van methanol te meten in het laboratorium. Om die reden besloot het team van astronomen en theoretisch chemici dit uit te rekenen met principes uit de quantummechanica, wat resulteerde in een model dat deze eigenschappen precies beschrijft. Nijmeegs theoretisch chemicus Ad van der Avoird: ‘Het werd een ingewikkelder project dan gedacht, omdat we methanol tot in groot detail moesten bekijken en de bestaande theorie niet klopte. Met veel inspanning hebben we uiteindelijk het model kunnen ontwikkelen dat de astronomen nodig hadden.’
Waarnemingen beter interpreteren
Huib Jan van Langevelde nam het initiatief voor deze multidisciplinaire samenwerking. Hij is in dienst van JIVE in Dwingeloo. Daar was hij de afgelopen tien jaar directeur, maar sinds 1 januari is twee dagen per week in Leiden, onder meer om bij te dragen aan het onderwijs in de sterrenkunde. Hij kijkt uit naar de toekomst. ‘Met de nieuwe kennis over de invloed van magneetvelden op methanol kunnen we onze waarnemingen rond de vorming van zware sterren veel beter interpreteren.’
bron: Radboud Universiteit/astronomie.nl
beeld: Magneetvelden spelen een belangrijke rol op de plekken waar zware sterren worden geboren. Deze figuur geeft de vorming van een zware ster weer. In de lichte gebieden kunnen de radiosignalen van methanol gevonden worden. De lichte vlekken stellen methanol masers voor; de gebogen lijnen geven de magnetische velden weer. Dankzij de nieuwe berekeningen kunnen wetenschappers nu de sterke lichtsignalen van methanolmoleculen gebruiken om magneetvelden te meten. Credit: Wolfgang Steffen/Boy Lankhaar et al. (moleculen via Wikimedia Commons/Ben Mills)
Artikel
Characterization of methanol as a magnetic field tracer in star-forming regions. Boy Lankhaar, Wouter Vlemmings, Gabriele Surcis, Huib Jan van Langevelde, Gerrit C. Groenenboom en Ad van der Avoird. In: Nature Astronomy, 29 januari 2018.