Stofdeeltjes en schotelantennes: op zoek naar de ingrediënten voor leven

Waar komen we vandaan? Hoe zijn we ontstaan? En is er leven op andere planeten? Het zijn vragen die de mensheid al eeuwenlang stelt. Met haar baanbrekende onderzoek naar water in de ruimte brengt hoogleraar moleculaire astrofysica Ewine van Dishoeck ons een stap dichter naar het vinden van antwoorden.

Onlangs stuurde NASA ruimterobot InSight naar Mars om de inwendige structuur van de planeet te onderzoeken. Om meer te leren over het ontstaan van rotsachtige planeten zoals Mars en Aarde. Maar ook om erachter te komen hoeveel warmte er vanuit de kern van de rode planeet komt. De temperatuur van de planeet bepaalt of Mars warm genoeg is voor vloeibaar water onder het oppervlak. Kan er vloeibaar water op Mars zijn? Dan kan er leven zijn.

Maar waar NASA en InSight zoeken naar water op een planeet die relatief dichtbij is, zoekt Ewine van Dishoeck honderden lichtjaren verder weg. Ze kijkt naar de wolken tussen de sterren, waaruit nieuwe sterren en planeten gevormd worden. Ook onze zon werd zo’n 4,5 miljard jaar geleden uit zo’n wolk gevormd. ‘Ik zoek de chemische bouwmaterialen die aanwezig zijn bij de allereerste vorming van het planetenstelsel.’ In september ontving ze voor haar werk de prestigieuze Kavli-prijs, 1 miljoen dollar en een gouden medaille, en was ze in één klap wereldberoemd.

Ons water is ouder dan de zon

Waar komt het water in onze rivieren vandaan? En kan er leven zijn op andere planeten? Om antwoord te krijgen op die vragen onderzoekt Van Dishoeck de moleculen in de ruimte. Met hulp van de innovatieve technologie aan boord van de Herschel-satelliet en in samenwerking met grote internationale onderzoeksteams toonde Van Dishoeck aan dat vrijwel al het water dat we nu op aarde hebben, al gevormd is in de oerwolken tussen de sterren. ‘Een collega van mij zegt wel eens: “Het water dat wij op aarde en in onze lichamen hebben, is ouder dan de zon”.’

Dat water wordt gevormd op hele kleine stofdeeltjes in die wolken. ‘Dat zijn net zandkorreltjes die je op het strand vindt, maar dan duizend keer kleiner. Op die stofdeeltjes vormen waterstof- en zuurstofatomen verbindingen, waardoor water ontstaat. Zo’n wolk kan genoeg water voor een miljoen oceanen bevatten.’

De ingrediënten voor leven zijn overal

In haar onderzoek toonde Van Dishoeck verder aan dat er rond ieder vormend sterren- en planetenstelsel grote hoeveelheden water en organische verbindingen (chemische verbindingen die koolstof- en waterstofatomen bevatten) zijn. Dit zijn de ingrediënten voor leven, en betekent dus dat er in ieder stelsel leven mogelijk kan zijn.

En mogelijk is het water uit zo’n wolk ook in vloeibare vorm terug te vinden op Mars, iets waar missies zoals InSight en Curiosity het bewijs voor hopen te vinden. ‘Als je kijkt naar de vorming van ons zonnestelsel, dan is het aannemelijk dat Venus, Aarde en Mars allemaal met dezelfde hoeveelheid water zijn gevormd. Op Venus is dat verloren gegaan doordat het daar te heet was. Ook op Mars is veel water verdampt. Maar we zien heel duidelijk dat er zo’n 3 miljard jaar geleden veel water was op Mars, en heel waarschijnlijk ook in vloeibare vorm.’

Vernieuwing in technologie

‘We zitten op een heel klein rotsblokje dat ergens om een doodgewone ster in de buitenwijken van onze Melkweg draait. Er zijn 100 miljard van zulke sterrenstelsels. Hoe uniek zijn wij? En is er ook mogelijkheid voor leven elders?’ Om een antwoord te kunnen vinden op die vragen stelden Van Dishoeck en haar team de hoogste eisen aan hun instrumenten. ‘We drijven daarmee vernieuwing in technologie. Zodat we écht kunnen waarnemen wat er op honderden lichtjaren afstand en nog veel verder gebeurt.’

Hun belangrijkste instrument is misschien wel ALMA (Atacama Large Millimeter Array), een reeks van 66 schotelantennes op de hoogvlakten van Chili. Hoe groter de antenne, hoe scherper je kunt kijken. ‘Maar je kunt geen schotelantenne met een doorsnede van een kilometer maken, dus vonden astronomen een oplossing: een aantal kleinere antennes waarvan je de signalen verbindt. ALMA is ontzettend gevoelig en kan ongelofelijk kleine details zien.’

Samenwerking en innovatie stimuleren

Sinds dit jaar is Van Dishoeck president van de Internationale Astronomische Unie (IAU). Haar eigen baanbrekende resultaten bereikte ze in samenwerking met grote internationale teams. Het is dan ook niet verrassend dat een van haar speerpunten voor de IAU is om de samenwerking tussen verschillende vakgebieden te stimuleren. ‘Een groot deel van de wetenschap is steeds meer multidisciplinair. Dat geldt voor mijn onderzoek, maar ook voor een missie als InSight: daar werken astronomen, geologen, biologen en chemici aan mee om alle data te kunnen analyseren.’

Vanuit de IAU gebruikt ze sterrenkunde ook om ontwikkelingslanden te helpen. ‘We noemen dat astronomy for development. In Zuid-Afrika worden op dit moment bijvoorbeeld radiotelescopen gebouwd. Daar komt veel technologie bij kijken, dus jonge mensen worden daar getraind technieken als elektronica, dataverwerking en big data. Vaardigheden waarmee we te maken hebben in de sterrenkunde, maar die ze ook mogelijkheden geven elders in de maatschappij. Op die manier willen we innovatie stimuleren.’