Wat er zit in de ruimte tussen de sterren: in ieder geval ruimtemolecuul CH3+

‘De omstandigheden in de ruimte zijn totaal anders dan hier op aarde’, vertelt Steenbakkers. ‘Het is heel koud, zo’n -240 graden Celsius, en er is een hele lage druk. Er vinden daar veel minder botsingen tussen moleculen plaats dan op aarde: hier zit je op een miljard botsingen per seconde, in de ruimte is het er 1 in 10 dagen.’

Dat betekent dat bepaalde moleculen die in de ruimte voorkomen hier op aarde niet kunnen overleven. Er zijn te veel andere moleculen waar ze direct mee zouden botsen, waardoor ze bijvoorbeeld in de lucht zouden ontvlammen of nieuwe moleculen worden. Maar hoe onderzoek je die moleculen dan? Steenbakkers: ‘Bij laser- en magnetenlab HFML-FELIX hebben ze een soort enorme koelkast die tot -270 graden Celsius kan afkoelen en waarbinnen je de druk kunt verlagen. Dan heb je dus vergelijkbare omstandigheden als in de ruimte.’ Vervolgens stuurde de scheikundige een flinke infraroodlaser door het molecuul heen, om te kijken hoe die zou reageren. 

Lasgas

Ze deed dat onder andere met de geladen moleculen C₂H⁺ en HC₂H⁺,  waarvan wordt vermoed dat ze in de ruimte voorkomen. ‘Op aarde hebben we deze moleculen niet, want hier reageren ze meteen met andere moleculen. Maar we hebben wel lasgas, dat wordt gebruikt om te lassen. Dat is C₂H₂ en lijkt erg op HC₂H⁺ en C₂H⁺.’ Lasgas is behoorlijk ontvlambaar, ook bij het lassen reageert het meteen met de lucht. Maar als je dat lasgas pakt, het in een machine stopt en er een heleboel elektronen op afvuurt, valt het uit elkaar en kun je HC₂H⁺ en C₂H⁺ eruit pakken. 

Door vervolgens een infrarood laser op deze geladen moleculen te schieten, kon Steenbakkers een soort “vingerafdruk” van de moleculen verkrijgen. Hiervoor moest ze geheel nieuwe experimentele methoden opzetten, en daarnaast ook geavanceerde theoretische modellen ontwikkelen om de data te begrijpen.  ‘Wanneer je dan zo’n vingerafdruk hebt en deze begrijpt, kan je kijken of we die terug vinden in de data die door telescopen worden opgehaald.’ 

De methode gebruikt door Steenbakkers heeft inmiddels al geholpen bij het vinden van een ander van deze exotische ionen: CH₃⁺, wat methaan (CH₄) is met één H minder. Dit molecuul werd waargenomen in de Orionnevel met James Webb Space Telescope, in een gebied waar sterren worden gevormd. ‘Maar we verwachten dat dit molecuul, en de andere die ik in mijn proefschrift heb onderzocht, op nog veel meer plekken in de ruimte voorkomen.’

Ontstaan van leven

Steenbakkers: ‘Als we precies weten hoe de scheikunde van de ruimte eruitziet, kunnen we gaan herleiden hoe sterren en planeten gevormd worden en hoe ver een nevel in zijn levenscyclus zit. Uiteindelijk kan het ook iets zeggen over hoe het leven op aarde is ontstaan en of leven op andere planeten kan ontstaan.’