Universiteit Leiden

nl en
NASA

De geur van het universum

Voormalig promovendus Cameron Mackie krijgt niet één, maar twee proefschriftprijzen voor zijn proefschrift over het aromatische universum. Door zijn werk kunnen we binnenkort misschien een virtueel ‘snuifje’ van de ruimte nemen. ‘Deze moleculen in de ruimte ruiken waarschijnlijk als een grote houtskoolbarbecue!’

‘Deze twee prijzen zijn een blijk van waardering voor de unieke brug die Mackie sloeg tussen astronomie en chemie’, zegt wetenschappelijk directeur Huub Rottgering. Zowel de American Astronomical Society als de American Chemical Society belonen hem voor zijn werk.

Pyreen is een voorbeeld van een PAK met vier koolstofringen. Pyreen wordt gebruikt voor de synthese van kleurstoffen en pigmenten en is schadelijk voor de gezondheid.

Moleculen met een luchtje

Tijdens zijn promotietraject onderzocht Mackie de infraroodspectra van zogeheten polycyclische aromatische koolwaterstoffen (PAK’s). ‘Deze grote moleculen vind je op aarde als natuurlijk bijproduct van verbranding,’ vertelt hij. ‘Maar interessanter is dat ze ook voorkomen in de ruimte. Astronomen denken dat ze vormen in de ontgassing van stervende koolstofrijke sterren, die zich gedragen als reusachtige roetkaarsen.’ PAK’s zijn een klasse van moleculen die zich kenmerken door zeshoekige ringen van koolstofatomen, de vrije kanten worden afgedekt door waterstofatomen. Hoewel ‘aromatisch’ verwijst naar het type chemische binding in PAK’s en niet naar geur, bevatten geurende substanties vaak wel een aromatische verbinding. Vandaar ook de relatie in naam.

Om deze interstellaire PAK’s te bestuderen, meten wetenschappers het infrarood licht dat ze uitstralen. Dit doen PAK’s nadat ze energie absorberen van nabijgelegen sterren. Mackie combineerde rekenkundige chemiesoftware en quantummechanica om te voorspellen wat voor infraroodlicht de PAHs moeten uitzenden. ‘Hierdoor weten andere astronomen beter waar ze naar kijken als ze in de ruimte infraroodspectra meten.’ Als astronomen nauwkeurig kunnen bepalen welke soorten PAK’s in de ruimte aanwezig zijn, zou het mogelijk zijn de geur van deze moleculen op aarde na te bootsen en zo dus de geur van de ruimte te ontrafelen. Mackie voorspelt: ‘De PAK’s in de ruimte ruiken waarschijnlijk als een grote houtskoolbarbecue!’

Geen perfecte veer

Mackie koos voor een andere benadering dan zijn voorgangers, die gebruikt maakten van harmonische benaderingen om de specifieke infraroodspectra te berekenen. ‘Bij een harmonische benadering modelleer je de krachten tussen atomen als ‘perfecte’ veren. In heb een meer natuurgetrouw model toegepast met onregelmatigheden. Hierbij gaan we ervan uit dat de krachten tussen atomen zich niet als perfecte veren gedragen.’ Dit stelde Mackie in staat om de infraroodspectra van PAH’s een stuk nauwkeuriger te voorspellen en ook rekening te houden met temperatuureffecten.

De foto’s van zijn voorganger, de Hubble Space Telescope, hebben veel mensen tot verwondering gebracht. Ik denk dat de James Webb Space Telescope hetzelfde zal doen, zo niet meer!’

PAK's en de oorsprong van het leven

Met zijn onderzoek heeft Mackie de tekortkomingen van eerder berekende PAK-infraroodbarcodes en huidige modellen in kaart gebracht. ‘Ons werk zal astronomen enorm helpen bij het begrijpen van hun waarnemingen’, zegt hij.

Maar volgens Mackie, is zijn werk niet alleen interessant voor astronomen. ‘De nieuwe James Webb Space Telescope zal in de komende jaren worden gelanceerd. De foto’s van zijn voorganger, de Hubble Space Telescope, hebben veel mensen tot verwondering gebracht. Ik denk dat de James Webb Space Telescope hetzelfde zal doen, zo niet meer!’ Volgens Mackie zullen de nieuwe beelden dan voor veel discussie gaan zorgen. ‘Complexe koolstofchemie in de ruimte roept vragen op als “Waar komt het leven vandaan?” en “Spelen PAK’s hierbij een rol?” Het werk dat ik heb gedaan, zal wetenschappers en het grote publiek helpen om beter te begrijpen waar we naar kijken als we deze PAK’s zien.’

Cameron Mackie

Herkenning door twee gemeenschappen

Mackie ontvangt een proefschriftprijs van zowel de afdeling Laboratory Astrophysics van de American Astronomical Society (in juni) als de afdeling Astrochemistry van de American Astronomical Society (in juni). De toekenning van deze dubbele prijs veroorzaakte in eerste instantie wat verwarring: ‘Eerst kreeg ik een mailtje over het winnen van de prijs bij de Chemical Society. Een paar dagen later ontving ik een twee mail, nu van de Astronomical Society. Eerst dacht ik dat het een soort vervolgbericht was. Pas de volgende dag realiseerde ik me dat de tweede mail mij feliciteerde met een andere prijs!’ Hij was uiteraard blij: ‘Deze erkenning door zoewel de chemische- als de astronomische gemeenschap maakt al mijn harde werk echt de moeite waard!’

Mackie denkt dat hij de prijzen te danken heeft aan de breedte van zijn werk. ‘De astronomische PAK-gemeenschap keek uit naar de uitkomsten van dit werk. Het zal van grote waarde zijn na de lancering van de James Webb ruimtetelescoop.’

Tekst: Hilde Pracht

Deze website maakt gebruik van cookies. Meer informatie