Organische moleculen zorgen voor de infrarode gloed van het heelal

structuurformule van benzonitril
structuurformule van benzonitril

Het heelal is gevuld met een zwakke gloed op infrarode golflengtes en astronomen zijn al tientallen jaren op zoek naar een verklaring voor dit verschijnsel. Nu hebben ze eindelijk de bron gevonden van deze vreemde kosmische straling. Het blijkt dat deze wordt veroorzaakt door benzonitril, een organisch molecuul dat tot in alle uithoeken van het heelal is te vinden. De resultaten van het onderzoek zijn gepresenteerd tijdens de 231ste bijeenkomst van de American Astronomical Society.

Benzonitril (C7H5N) behoort tot een groep moleculen die we PAK’s noemen, polycyclische aromatische koolwaterstoffen. De term aromatisch suggereert dat ze ruiken maar in dit geval heeft de term ‘aromatisch’ helemaal niets te maken met een geur. In de organische chemie wordt deze term gebruikt om de ringvormige structuur van de moleculen aan te duiden. Op Aarde zijn honderden verschillende soorten PAK’s gevonden en astronomen dachten al langer dat PAK’s verantwoordelijk zouden kunnen zijn voor de mysterieuze infrarode gloed in de ruimte maar niemand had tot nu toe overtuigend bewijs gevonden zat ze konden bestaan in de ruimte. Tot nu toe dan.

Gebruikmakende van gegevens die zijn verkregen met behulp van de Green Bank Telescope in West Virginia hebben astronomen voor de eerste keer overtuigende vingerafdrukken gevonden van benzonitril, een nauwe neef en chemische precursor van PAK’s.

En ofschoon de onderzoekers geloven dat benzonitril verantwoordelijk is door de mysterieuze infrarode straling hebben ze de ontdekking gedaan door het meten van radiogolven, die bevinden zich in een ander deel van het elektromagnetische spectrum. Het onderzoeksteam maakte gebruik van de radiotelescoop van Green Bank. Dit is een radiotelescoop met een schotel van 100 meter doorsnede en ze keken daarmee naar de radiostraling die door de Taurus Moleculaire Wolk wordt uitgezonden. Dit is een stervormingsgebied dat ongeveer 430 lichtjaar van ons is verwijderd. Tijdens die studie zagen ze ontelbare spikes in hun gegevens die op de aanwezigheid van benzonitril duidden.

Volgens de astronomen geven deze nieuwe radiowaarnemingen veel meer inzicht dan waarnemingen in het infrarood kunnen leveren. Ofschoon deze polycyclische aromatische koolwaterstoffen nog niet rechtstreeks waargenomen zijn, begrijpen astronomen de chemie van deze moleculen goed. Ze kunnen nu de chemische broodkruimeltjes vanaf eenvoudige moleculen als benzonitril tot grote ingewikkelde PAK’s goed volgen

PAK’s komen op Aarde veel voor en ze kunnen o.a. aangetroffen worden in ons voedsel maar ook in sigarettenrook en als bepaalde luchtvervuilende stoffen. Het is voor het eerst dat dergelijke moleculen met behulp van radioastronomie in het heelal zijn gezien. Ofschoon PAK’s grote moleculen zijn, zijn het vanuit kosmisch oogpunt gezien slechts kleine stofdeeltjes. Omdat benzonitril een hele unieke structuur heeft waren wetenschappers in staat dit molecuul aan de hand van zijn radiosignaal te herkennen.

Ofschoon astronomen aannemen dat PAK’s ontstaan bij hete, volwassen sterren werd het benzonitril gevonden in een koude moleculaire wolk. Het benzonitril dat de astronomen kwam ook vier meer voor dan ze uit chemische modellen hadden berekend.

Het verschil tussen de waarnemingen en de modellen toont aan dat ondanks de lage waargenomen hoeveelheid benzonitril de waarneming belangrijk blijft voor het testen en verbeteren van chemische modellen.

Meer informatie is te vinden in het tijdschrift Science van 12 januari 2018

Eerste publicatie: 16 januari 2018