Kristallen in de ruimte Eddy Echternach

Het zonnestelsel, de planeten, de aarde en ook wijzelf bestaan uit materie die door sterrenkundigen wordt aangeduid met de verzamelterm 'zware elementen'. Dat 'zware' slaat op de atomen waaruit die materie bestaat: elk atoom dat meer gewicht in de schaal legt dan de atomen van de twee lichtste elementen - waterstof en helium - hoort hier bij. De uitzonderingspositie van waterstof en helium is niet zo vreemd als het lijkt: ongeveer 99 procent van aile materie in het heelal (voornamelijk sterren en gaswolken) bestaat uit deze beide gassen.

Het lag dan ook voor de hand dat Silicaten - in de volksmond beter bekend als sterrenkundigen zich decennia lang voornamelijk kiezels - kennen vele verschijningsvormen. hebben beziggehouden met de vele Meestal betreft het tamelijk vormeloze moleculen: verschijningsvormen van waterstof en helium. amorfe silicaten. Maar er is ook een regelmatige Zware elementen werden eigenlijk aileen binnen variant, waarbij het silicaat een kristalvorm ons zonnestelsel aangetroffen en onderzocht. aanneemt: kristallijne silicaten. Bekend was het Maar sinds de opkomst van de infrarood- stof rond en tussen de sterren rijk is aan silicaten, sterrenkunde - waarbij tamelijk energiearme maar tot nog toe werd aangenomen dat het warmtestraling uit het heelal wordt vrijwel steeds de amorfe variant betrof. ISO heeft waargenomen - is dat veranderd. Er is steeds nu duidelijk gemaakt dat ook kristallijne silicaten meer belangstelling voor de mineralogische een belangrijk onderdeel van het interstellaire stof samenstelling van de 'restmaterie' . vormen .

De laatste jaren heeft het nieuwe onderzoeks-gebied, dat al astro-mineralogie wordt genoemd, een enorme vlucht genomen. Dat is onder meer te danken aan het onderzoek dat met het Infrared Space Observatory (ISO) is gedaan. Aan boord van deze succesvolle Europese infraroodsatelliet, die tussen 1995 en 1998 heeft gefunctioneerd, bevond zich onder meer een Nederlands/Duits instrument waarmee nauwkeurig spectraal-onderzoek is gedaan. Het is met name dit laatste instrument - een spectrometer - dat een schat aan informatie over de samenstelling van de restmaterie van het heelal heeft opgeleverd. De materie in de omgeving van sterren kan niet vanaf de aarde worden waargenomen, omdat zij tamelijk koud is en aileen infraroodstraling uitzendt die niet door de aardse dampkring wordt doorgelaten.

Revolutie Onlangs werd tijdens een persconferentie van het Europese ruimtevaartagentschap ESA in Madrid een van de opmerkelijkste resultaten van het mineralogische onderzoek gepresenteerd . Silicaatkristal)en, de meest voorkomende mineralen op aarde, blijken ook in de omgeving van jonge en oude sterren in grote hoeveelheden aanwezig te zijn.

lfNi\/ETfSUM 2 - 2000

Deze ontdekking, die door sterrenkundige Rens Waters van de Universiteit van Amsterdam de 'kristallijne revolutie' is genoemd, breekt een heel nieuw onderzoeksgebied open. Het werk van de sterrenkundige is er zowel interessanter als ingewikkelder door geworden. 'V66r ISO dacht iedereen dat aile silicaten in de ruimte amorf waren, en dus geen duidelijke inwendige structuur hebben, waardoor je geen onderscheid kunt maken tussen de verschillende silicaten die er zijn. Nu kunnen we proberen om verschillende soorten silicaten op te sporen en hun aanwezigheid in bepaalde gebieden aantonen,' aldus Waters.

Kristalvorming Het bijzondere van kristallen is dat ze aileen onder bijzondere omstandigheden ontstaan . Ais je in een gesteente een bepaald kristal aantreft, dan kun je daaruit in grote lijnen aflezen welke geschiedenis het gesteente heeft doorlopen. Opmerkelijk genoeg vindt het onderzoek aan interstellaire materie voor een belangrijk deel plaats in laboratoria op aarde. Daarbij is onder meer vastgesteld dat je kristallijne silicaten kunt maken door het siliciumhoudende basismateriaal te verhitten tot ongeveer 1300 graden Celsius en vervolgens langzaam te laten afkoelen .

De silicaatkristallen die door ISO zlJn waargenomen - zowel in de stofschillen rond oude sterren en de stofschijven rond jonge sterren - hebben een temperatuur van 170 graden onder nul.

In het geval van de oude sterren - sterren zoals onze zon die aan het eind van hun bestaan tot reusachtige proporties zijn opgezwollen en daarbij grote wolken stof wegblazen - blijkt het omringende stof voor ongeveer twintig procent uit kristallen te bestaan. De onderzoekers denken dat deze kristallen zijn ontstaan doordat de materie dicht in de buurt van een ster de vereiste hoge temperatuur heeft, en afkoelt als zij door de ster wordt weggeblazen. In de platte stofschijven rond jonge sterren - de soort omgeving waar ruim 4,5 miljard jaar geleden ook de planeten van ons zonnestelsel zijn ontstaan - is het ontstaan van de kristallen minder makkelijk verklaarbaar. Sommige onderzoekers denken dat zich in het stof elektrische ontladingen voordoen (een soort bliksemflitsen dus) die het stof verhitten.

Aangenomen wordt dat de kristallijnen stofdeeltjes een belangrijke rol spelen bij het ontstaan van planeten. 'De kristallen die door ISO

lmpressie van een proto-planetaire stotschijt waarin kristallen en andere stot-deeltjes samenklonteren tot planeten. De samenstelling van het stot rond andere sterren blijkt sterke overeenkomsten te vertonen met het stot van kometen en andere objecten in ons zonnestelsel. (Tekening: Lynette Cook)

in deze stofschijven zijn gedetecteerd zlJn ongeveer een duizendste millimeter groot,' legt Waters uit. 'Zulke deeltjes komen met elkaar in botsing en vormen daarbij steeds grotere objecten. Uit computermodellen blijkt dat ze in ongeveer tien tot honderd miljoen jaar zo groot zijn als een planeet.'

Raadsels De met ISO gemaakte spectra van een aantal sterren zijn vergeleken met de spectra van kristallijne silicaten, zoals die op aarde zijn gevonden. Op deze manier kun je, zelfs op een afstand van vele lichtjaren, vaststellen welke stoffen er in de omgeving van een ster worden aangetroffen. Zo is bij de ster HD100546, naast de signatuur van amorfe silicaten, ijzeroxide, waterijs en polycyclische aromatische koolwaterstoffen, ook het op aarde voorkomende mineraal forsteriet aangetroffen. Dat is echter slechts een van ontelbare silicaten, die bovendien spectra hebben die erg veel op elkaar lijken. Het zal dus nog wei even duren voordat de samenstelling van het stof rond de sterren nauwkeurig in kaart is gebracht.

""-._""""'''--------------------- l.fNiVERSUM 2 - 2000

1

Interessant is dat wei, omdat daarmee ook meer bekend zal worden over de omstand igheden waaronder de aarde en de andere planeten van ons zonnestelsel zijn ontstaan. Zeker is in elk geval al wei dat dezelfde kristallijne stofdeeltjes die bij andere sterren zijn gedetecteerd ook voorkomen in de kometen van ons eigen zonnestelsel. (Toevallig was in de periode dat ISO werkzaam was de heldere, stofrijke komeet Hale-Bopp zichtbaar - het infraroodspectrum van deze komeet bleek grote overeenkomsten te vertonen met dat van HD100546.)

Een van de problem en waarmee de astro-mineralogen worstelen is het klaarblijkelijke ontbreken van kristallijne silicaten in de ruimte tussen de sterren. 'Als sterren grote hoeveelheden kristallijn stof maken, en er gebeurt verder niets met de samenstelling van het stof, dan verwacht je dus ook in het interstellaire medium een aanzienlijke hoeveelheid kristallen aan te treffen ,' legt Waters uit. 'Maar tot nu toe worden deze maar steeds niet gevonden: het sil icaat in het interstellaire stof is zeker voor 98 procent amorf.'

Er zijn twee mogelijke verklari ngen voor het ontbreken van krista llen in de ruimte tussen de sterren: of de kristallen die de sterren maken komen om de een of andere reden nooit in de interstellaire ruimte terecht, of de kristallen worden in het interstellaire medium weer afgebroken, bijvoorbeeld door de schokgolven van ontploffende sterren.

Verrassend zijn ook de reusachtige hoeveelheden kristallijne silicaten die rond oude sterren zijn waargenomen - met name bij sterren die samen met een andere ster deel uitmaken van een dubbelstersysteem. De dichtheid van het stof is hier soms groot genoeg om processen in gang te zetten die normaal gesproken op planeetvorming uitdraaien. Blijkbaar kunnen planeten niet aileen in de dichte stofschijven rond jonge sterren, maar ook aan het eind van het leven van een ster ontstaan . Volgens sommige sterrenkundigen is dat een duidelijke aanwijzing dat het ontstaan van planeten eerder regel dan uitzondering is.

Foto's gezochtl

A

Voor de JWG-pagina zijn we op zoek naar leuke sterrenfoto's die leden zelf gemaakt hebben. Dit hoeven geen spectaculai re foto's van obscure neveltjes te zijn; ook je eerste poging om de Grote Beer of de Maan te fotograferen willen we graag hebben!

Heb je dus nog een leuke zelfgemaakte foto liggen en vind je het leuk als we die op Internet plaatsen (met natuurlijk je naam erbij! (en wat gegevens over d,e foto)), stuur hem dan naar ons op! Ais je de foto kunt scannen kun je hem electronisch sturen naar jwg@sterrenkunde.nl; je mag ook de foto zelf naar het gewone adres hieronder sturen . Schrijf het er even bij als je de foto terug wilt hebben, dan sturen we hem weer naar je

op!

Je kunt je foto 's sturen naar: JWG Zonnenburg 2 3512 NL Utrecht

(toto 's Paul, maansverduistering, saturnus, orionnevel en h (van h en chi))

26'" lfNiVERSiJM 2 - 2 000

Universum 2000 (2) pagina 24 Kristallen in de ruimteUniversum 2000 (2) pagina 25 Kristallen in de ruimteUniversum 2000 (2) pagina 26 Kristallen in de ruimte en Foto's gezocht