Een internationaal team van astronomen heeft in een laboratorium van de Universiteit Leiden aangetoond dat methaan zich kan vormen op ijzige stofdeeltjes in de ruimte. De mogelijkheid bestond al geruime tijd, maar omdat de omstandigheden in de ruimte moeilijk te simuleren waren, het was niet mogelijk om dit onder relevante ruimteomstandigheden te bewijzen. De onderzoekers publiceren hun bevindingen maandagavond in het tijdschrift, Natuurastronomie .

Methaan op aarde

methaan, bij ons bekend als de belangrijkste verbinding van aardgas, is een van de eenvoudigste koolwaterstoffen. Het bestaat uit een koolstofatoom met vier waterstofatomen:CH ₄ . Op aarde, we kennen methaan vooral als een ontvlambaar gas dat ontstaat uit rottend organisch materiaal.

Methaan in de ruimte

Methaan is in de ruimte ook beschikbaar als gas, vloeistof, of ijs. Bijvoorbeeld, Neptunus en Uranus bevatten, naast waterstof en helium, voornamelijk methaangas. de maan van Saturnus, Titan, de enige maan in ons zonnestelsel met een dichte atmosfeer, regent geen water maar vloeibaar methaan. Buiten ons zonnestelsel in de interstellaire ruimte, methaanijs is een van de tien meest voorkomende ijssoorten die kunnen worden gedetecteerd.

IJskorrelstof als ontmoetingsplaats

De heersende opvatting over hoe methaan in de ruimte ontstaat, is dat CH eerst wordt gevormd, dan CH ₂ , CH ₃ , en tot slot CH ₄ . In de gasfase, deze reactie is traag. Maar omdat methaan wordt gevormd op een ijzige stofkorrel, het graan zelf helpt het vormingsproces te versnellen. Bijvoorbeeld, stofkorrels zorgen voor een 'hangplek' voor atomen, het vergroten van hun kans om elkaar te ontmoeten in de uitgestrektheid van de ruimte. Ze kunnen ook de energie absorberen die wordt geproduceerd door chemische reacties die anders moleculen zouden afbreken, zoals methaan.

Methaan maken in 'space lab'

Onderzoekers van het Laboratorium voor Astrofysica van de Sterrewacht Leiden (Universiteit Leiden, Nederland) zijn er nu voor het eerst in geslaagd om onder relevante ruimtecondities methaan te maken. Ze laten waterstofatomen botsen met koolstofatomen bij min 263 graden Celsius (-442 ° F, 10 K) in een ultrahoog vacuüm op een ijskoud oppervlak.

De onderzoekers waren er eerder in geslaagd om water (H ₂ O) en ammoniak (NH ₃ ) op een soortgelijke manier. Dat deden ze door zuurstof- en stikstofatomen te laten reageren met waterstofatomen. Echter, reacties met koolstofatomen bleken uitdagender te zijn. Dat komt omdat koolstof erg plakkerig is, wat het experimenteren ermee erg moeilijk maakt. Danna Qasim, doctoraat student aan de Leidse Sterrewacht en hoofdauteur van de wetenschappelijke publicatie in Natuurastronomie , voegt toe:"Het is moeilijk om een ​​experiment met koolstofatomen uit te voeren. Koolstof blijft graag plakken, het is dus een uitdaging om een ​​gecontroleerde bundel zuivere koolstofatomen te produceren. Tegelijkertijd, je moet ervoor zorgen dat na een experiment, je hele setup is niet volledig bedekt met carbon."

De onderzoekers konden de omstandigheden in hun experimenten variëren. Zo konden ze precies onderzoeken hoe en hoe efficiënt methaan kan worden gevormd door de reactie van koolstof- en waterstofatomen.

Water is belangrijk

Het bleek dat methaanijs beter gevormd wordt in een waterrijke omgeving. Dit komt overeen met astronomische waarnemingen, die laten zien dat methaanijs en waterijs naar verwachting gelijktijdig in de ruimte zullen worden gevormd.

De processen die de onderzoekers in het laboratorium hebben onderzocht, bootsen de omstandigheden na die in de ruimte bestaan ​​voordat nieuwe sterren en planeten worden gevormd. Het onderzoek ondersteunt dat het methaan dat we op planeten vinden, zoals Uranus en Neptunus, was waarschijnlijk lang voordat ons zonnestelsel werd gevormd beschikbaar.