Methaanijs onder ruimtecondities gemaakt op aarde

Een internationaal team van sterrenkundigen heeft in een laboratorium van de Universiteit Leiden laten zien dat methaan kan ontstaan op ijzige stofdeeltjes in de ruimte.

Trefwoorden: #ammoniak, #astrofysica, #atomen, #CH4, #energie, #koolstof, #labo, #methaan, #methaanijs, #moleculen, #planeten, #reactie, #Sterrewacht Leiden, #stofdeeltjes, #Universiteit Leiden, #vacuüm, #water, #waterstof, #zonnestelsel

Lees verder

research

( Foto: © LfA/Leiden Observatory )

ENGINEERINGNET.BE - Ook in de ruimte is methaan (CH4) voorhanden. Neptunus en Uranus bevatten bijvoorbeeld, naast waterstof en helium, vooral methaangas. In de interstellaire ruimte is methaanijs een van de tien meest voorkomende ijsvormen.

De heersende mening over hoe methaanijs in de ruimte ontstaat, is dat er eerst CH gevormd wordt, dan CH2, vervolgens CH3 en uiteindelijk CH4. In de gasfase is deze reactie langzaam. Maar op een ijzig stofdeeltje verloopt de reactie sneller.

Dat komt onder meer doordat ijzige stofdeeltjes een 'hangplek' vormen voor atomen en moleculen. Daardoor wordt het waarschijnlijker dat deze elkaar vinden. Ook vangen de stofdeeltjes de energie op die vrijkomt bij de reactie. Ze voorkomen zo dat het net gevormde methaan weer uit elkaar valt.

Het is onderzoekers van het laboratorium voor astrofysica van de Sterrewacht Leiden (Universiteit Leiden) nu voor het eerst gelukt om onder ruimtecondities methaan te maken. Ze lieten daarvoor bij -263 graden Celsius en in ultra-hoog vacuüm waterstofatomen en koolstofatomen botsen op een ijskoud oppervlak.

Eerder was het de onderzoekers al gelukt om op een vergelijkbare manier water (H2O) en ammoniak (NH3) te maken. Ze deden dat toen door zuurstof en stikstofatomen met waterstofatomen te laten reageren.

Maar reacties met koolstofatomen waren tot nu toe een uitdaging. Dat komt omdat koolstof erg plakkerig is. Dat maakt ermee experimenteren bijzonder lastig.

Danna Qasim, promovenda aan de Leidse Sterrewacht, stelt: "Het is moeilijk om een experiment met koolstofatomen uit te voeren. Koolstof is plakkerig, dus het is een uitdaging om een gecontroleerde bundel pure koolstofatomen te maken. Ook wil je niet dat je opstelling na een experiment onder het koolstof zit."

De onderzoekers konden in hun experimenten de omstandigheden variëren. Zo onderzochten ze hoe efficiënt methaan is te vormen door inwerking van koolstof- en waterstofatomen.

Het blijkt dat methaanijs beter wordt gevormd in een waterrijke omgeving. Dit is in overeenstemming met astronomische waarnemingen die laten zien dat methaan- en waterijs gelijktijdig voorkomen in de ruimte.

De processen die de onderzoekers in het laboratorium onderzochten, bootsen de omstandigheden na zoals die in de ruimte heersen voordat nieuwe sterren en planeten ontstaan. Het onderzoek onderschrijft het idee dat het methaan dat op planeten zoals Uranus en Neptunus waarschijnlijk al voorhanden was lang voordat ons zonnestelsel werd gevormd.