De materie tussen de sterren in een melkwegstelsel - het interstellaire medium genoemd - bestaat niet alleen uit gas, maar ook veel stof. Op een bepaald moment, sterren en planeten zijn in zo'n omgeving ontstaan, omdat de stofdeeltjes kunnen samenklonteren en opgaan in hemellichamen. Op deze deeltjes vinden ook belangrijke chemische processen plaats, waaruit complexe organische - mogelijk zelfs prebiotische - moleculen ontstaan.

Echter, om deze processen mogelijk te maken, er moet water zijn. In bijzonder koude kosmische omgevingen, water komt voor in de vorm van ijs. Tot nu, echter, het verband tussen ijs en stof in deze gebieden van de ruimte was onduidelijk. Een onderzoeksteam van de Friedrich Schiller Universiteit Jena en het Max Planck Instituut voor Astronomie heeft nu bewezen dat de stofdeeltjes en het ijs vermengd zijn. Ze rapporteren hun bevindingen in het huidige nummer van het onderzoekstijdschrift Natuurastronomie .

Betere modellering van fysisch-chemische processen in de ruimte

"Tot nu, we wisten niet of ijs fysiek gescheiden is van het stof of vermengd is met individuele stofdeeltjes, " legt Dr. Alexey Potapov van de Universiteit van Jena uit. "We vergeleken de spectra van in het laboratorium gemaakte silicaten, waterijs en hun mengsels met astronomische spectra van protostellaire enveloppen en protoplanetaire schijven. We hebben vastgesteld dat de spectra congruent zijn als silicaatstof en waterijs in deze omgevingen worden gemengd."

Astrofysici kunnen uit deze gegevens waardevolle informatie halen. "We moeten verschillende fysieke omstandigheden in verschillende astronomische omgevingen begrijpen, om de modellering van fysisch-chemische processen in de ruimte te verbeteren, ", zegt Potapov. Dit resultaat zou onderzoekers in staat stellen de hoeveelheid materiaal beter in te schatten en nauwkeurigere uitspraken te doen over de temperaturen in verschillende regio's van de interstellaire en circumstellaire media.

Water gevangen in stof

Door experimenten en vergelijkingen, wetenschappers van de Universiteit van Jena hebben ook waargenomen wat er met water gebeurt als de temperatuur stijgt en het ijs het vaste lichaam verlaat waaraan het is gebonden en bij ongeveer 180 Kelvin (-93 graden Celsius) in de gasfase komt.

"Sommige watermoleculen zijn zo sterk aan het silicaat gebonden dat ze op het oppervlak of in stofdeeltjes achterblijven, " zegt Potapov. "We vermoeden dat dergelijk 'gevangen water' ook bestaat op of in stofdeeltjes in de ruimte. Dat is althans wat wordt gesuggereerd door de vergelijking tussen de spectra die zijn verkregen uit de laboratoriumexperimenten en die in wat het diffuse interstellaire medium wordt genoemd. We hebben duidelijke aanwijzingen gevonden dat daar opgesloten watermoleculen bestaan."

Het bestaan ​​van dergelijk water in vaste toestand suggereert dat complexe moleculen ook aanwezig kunnen zijn op de stofdeeltjes in het diffuse interstellaire medium. Als er water op dergelijke deeltjes aanwezig is, het is niet een erg lange weg naar complexe organische moleculen, bijvoorbeeld. De stofdeeltjes bestaan ​​namelijk meestal uit koolstof, onder andere, die, in combinatie met water en onder invloed van ultraviolette straling zoals die in het milieu voorkomt, bevordert de vorming van methanol, bijvoorbeeld. Organische verbindingen zijn al waargenomen in deze gebieden van het interstellaire medium, maar tot nu toe is niet bekend waar ze vandaan kwamen.

De aanwezigheid van water in vaste toestand kan ook vragen beantwoorden over een ander element:hoewel we de hoeveelheid zuurstof in het interstellaire medium kennen, we hadden eerder geen informatie over waar precies ongeveer een derde ervan zich bevindt. De nieuwe onderzoeksresultaten suggereren dat het water in vaste toestand in silicaten een verborgen zuurstofreservoir is.

Helpt water in vaste toestand bij de vorming van planeten?

In aanvulling, het 'opgesloten water' kan helpen om te begrijpen hoe het stof zich ophoopt, omdat het het aan elkaar plakken van kleinere deeltjes zou kunnen bevorderen om grotere deeltjes te vormen. Dit effect kan zelfs werken bij planeetvorming. "Als we erin slagen te bewijzen dat 'gevangen water' bestond - of zou kunnen bestaan ​​- in bouwstenen van de aarde, misschien zijn er zelfs nieuwe antwoorden op de vraag hoe water naar de aarde kwam, " zegt Alexey Potapov. Maar tot nu toe, dit zijn slechts veronderstellingen die de Jena-onderzoekers in de toekomst willen nastreven.