Kleine ‘diamantjes’ zwerven in wolken tussen de sterren

Wolken van stof en gas in de Grote Magellaense Wolk. foto akari/jaxa akari/jaxa

In de stofschijven rond jonge sterren en in dichte wolken van stof en gas tussen de sterren zitten diamantachtige deeltjes. Dat vermoedden astronomen al langer op grond van gemeten infraroodspectra. Nu zijn de spectra voor het eerst in detail nagebootst in aardse laboratoria. Een internationaal onderzoeksteam beschrijft binnenkort hoe die er waarschijnlijk uit zien - en dat is kleiner dan gedacht. (The Astrophysical Journal, 1 juni).

De diamantachtige deeltjes laten in de infraroodspectra twee handtekeningen na. In dichte stofwolken absorberen zij licht met golflengtes van 3,47 micrometer. In stofschijven bij jonge sterren zenden zij (eerder geabsorbeerd) licht uit bij golflengtes van 3,43 en 3,53 micrometer.

Sterrenkundigen denken in grote lijnen, zegt co-auteur Jos Oomens van het FOM-instituut voor Plasmafysica in Rijnhuizen. Dus toen op aarde de absorptie kon worden nagebootst met vrij grote diamant-nanodeeltjes (50 nanometer grote aggregaten van diamantachtige moleculen) namen zij aan dat zulke deeltjes ook de emissie in de stofschijven wel zouden verklaren.

Maar ‘spectroscopisten’ als Oomens analyseren spectra liever in meer detail. Dus niet via onderzoek aan aggregaten, maar door rechtstreeks de spectra van allerlei diamantachtige moleculen te bestuderen. En dat kan nu ook, want vorig jaar lieten onderzoekers van Chevron-Texaco zien dat zulke ‘diamantoïden’ uit ruwe olie geïsoleerd kunnen worden.

Het gaat om moleculen waarin elk koolstofatoom aan vier andere koolstofatomen is gekoppeld in de vorm van een tetraëder (een piramide), en waarvan de buitenzijde bedekt is met waterstofatomen. Door basiseenheden toe te voegen ontstaan vanaf het kleine adamantaan (C10H16) steeds grotere moleculen.

Twee dingen leverde de vergelijking op. Ten eerste: het absorptiespectrum hoeft niet per se verklaard te worden uit diamant-nanodeeltjes van 50 nanometer en opgesloten in ijskorrels tussen de sterren, zoals eerder verondersteld. De spectra van alle kleine en grotere diamantoïden bij elkaar leveren ook het waargenomen absorptiespectrum. Ze zouden op het oppervlak van ijskorrels kunnen zitten.

Ten tweede: het emissiespectrum in stofschijven valt te verklaren met behulp van relatief grote diamantoïden (met 150 koolstofatomen).

Het idee daarbij is dat het ijs in de stofschijf rond een jonge ster verdampt, en dat kleinere en asymmetrische diamantoïden daarna uit elkaar vallen door het ultravioletlicht uit de ster. Zodat alleen de grootste stabiele moleculen in gasvorm overblijven. Met twee nanometer zijn die nog steeds veel kleiner dan eerder verondersteld. Maar het mooie is, zegt Oomens, dat diamantachtige deeltjes in micrometeorieten uit de stofschijf van onze eigen zon ook twee nanometer zijn.

Margriet van der Heijden