Een team wetenschappers van HFML-FELIX bij de Radboud Universiteit heeft in het laboratorium de kosmische vingerafdrukken van zwavelringen gevonden. Deze resultaten, gepubliceerd in Nature Communications, werpen nieuw licht op de manier waarop zwavel vanuit donkere interstellaire wolken (waar sterren worden gevormd) in jonge planetenstelsels en planeten zoals de aarde en Venus terechtkomt. Hierdoor kan de James Webb Space Telescope (JWST) in de toekomst gerichter naar kosmische zwavel zoeken.
Zwavel is essentieel voor alles wat leeft en is een van de zes chemische elementen waar DNA uit is opgebouwd. Zwavel komt voor in diffuse gaswolken in ons sterrenstelsel. Wanneer deze gaswolken samentrekken om nieuwe sterren en planeten te vormen, is de meeste zwavel niet meer te vinden met telescopen. Hoe zwavel dus vanuit interstellaire wolken op planeten terechtkomt, is onduidelijk. Hoofdonderzoeker Piero Ferrari: "Tot nu toe weten we van slechts 1 procent van het kosmische reservoir aan zwavel waar het is. Het meeste daarvan wordt gevonden in moleculen zoals zwaveldioxide of waterstofsulfide. Het blijft onduidelijk hoe en in welke vorm zwavel bij jonge planeten zoals ooit de aarde, terechtkomt.’
Donkere wolken
Astrochemici denken dat kosmische zwavel in ringen en ketens zouden kunnen worden opgesloten. Met modellen om chemische reacties in donkere interstellaire wolken (waar sterren en planeten worden gevormd) te simuleren, suggereerden ze al eerder dat het mogelijk is dat ketens en ringen van zwavel worden gevormd, vooral het ringvormige S8. Onlangs zijn er zwavelmoleculen met tot 4 zwavelatomen ontdekt in de komeet Rosetta en in een asteroïde, suggererend dat zwavel in zo’n vorm zijn reis door het heelal kan maken.
Wat nog minder goed bekend is, is hoe stabiel ze zijn, en daarmee ook of zulke ringen en ketens kunnen overleven in het heelal. Bovendien kon hun aanwezigheid in donkere wolken niet worden vastgesteld omdat hiervoor hun infraroodspectra bekend moeten zijn.
Handtekening
Met behulp van de FELIX infraroodlaser hebben de wetenschappers voor het eerst de spectrale handtekening vastgelegd van het stabielste zwavelmolecule, octasulfur of S8, en van verschillende kleinere zwavelmoleculen. Hiermee kan de James Webb Space Telescope gerichter zoeken naar deze moleculen in absorptienevels. Ferrari: ’We verwachten overigens wel dat het detecteren van S8 met JWST nog steeds een uitdaging zal zijn.’
De onderzoekers bestudeerden ook hoe S8 uit elkaar valt en hoeveel energie er nodig is om het molecuul te breken. De nieuwe data laten zien dat S8 breekbaarder is dan tot nu toe in modellen werd aangenomen. Daarmee is het kwetsbaarder voor bijvoorbeeld hoogenergetische fotonen of kosmische deeltjes.
Ontstaan op aarde
De gegevens zijn van groot belang voor astrochemische modellen, die de vorming van moleculen in het universum en hun aanwezigheid in planetaire atmosferen in kaart brengen. Ferrari: ’Nu we de kosmische vingerafdruk van de zwavelringen kennen, kunnen we gerichter naar ze zoeken in ons sterrenstelsel. Op die manier kunnen we uiteindelijk beter begrijpen hoe dit voor leven kritische element op aarde is beland.’
LiteratuurverwijzingFerrari, P., Berden, G., Redlich, B., Waters, L. B. F. M., & Bakker, J. M. (2024). Laboratory infrared spectra and fragmentation chemistry of sulfur allotropes. Nature Communications, 15(1), 1-7. https://doi.org/10.1038/s41467’024 -50303-2
dr. P.A. Ferrari Ramirez (Piero) , dr. J.M. Bakker (Joost) , L.B.F.M. Waters (Rens) , dr. W.C.M. Berden (Giel) , B. Redlich (Britta)
Faculteit der Natuurwetenschappen, Wiskunde en Informatica , Institute for Mathematics, Astrophysics and Particle Physics , FELIX Infrared and Terahertz Spectroscopy , Institute for Molecules and Materials
