De Orionnevel, gefotografeerd door de Hubble ruimtetelescoop

InterviewAstrochemicus

Sterrenkundige Ewine van Dishoeck over het raadsel van water in de ruimte: ‘Het water in uw koffie is ouder dan de aarde’

De Orionnevel, gefotografeerd door de Hubble ruimtetelescoopBeeld Nasa/Esa

Water is het favoriete molecuul van Ewine van Dishoeck. Ze bestudeert het al haar hele wetenschappelijke leven. Het ontstaan van water in de ruimte, welteverstaan.

Haar werkkamer hangt vol met foto’s van de sterrenhemel. De Melkweg, kometen, planeten, sterrenstelsels. Dit is waar iedereen op let die naar de hemel kijkt, zegt ze. “Je ziet sterren en planeten, misschien zoiets moois zoals de Andromeda-nevel. Er zijn maar weinig mensen die zich afvragen wat daartussen zit. Die ruimte lijkt leeg, maar is het niet. Ze is gevuld met een heel, heel ijl gas. Het is er nog steeds veel ijler dan in het allerbeste vacuüm dat wij op aarde kunnen maken. Maar hier komen wij vandaan. In zo’n interstellaire wolk zijn wij geboren. De zon en de planeten zijn erin gevormd en ook wij zijn van dit gas en stof gemaakt.”

Wat daar gebeurt, is haar vakgebied: de astrochemie. Scheikunde tussen de sterren, noemt ze het zelf. Ewine van Dishoeck is er goed in. De hoogleraar aan de Universiteit Leiden is een van de meest geciteerde wetenschappers in haar vak en grossiert de laatste jaren in prijzen. Ze is ook nog eens president van de Internationale Astronomische Unie, publiceerde laatst een overzichtsartikel over water in de ruimte en ontving een maand geleden een grote Europese subsidie voor onderzoek naar planeetvorming.

“Ik mag niet klagen”, reageert ze. “Het is een rijke tijd. Het is ook de verdienste van de jonge mensen hier. Zij doen het werk. Ik mag ze inspireren.”

Het vak, de astrochemie, bestond halverwege de vorige eeuw nog niet. “Sterren vormden tot de jaren vijftig een vast onderdeel van de kosmos. Het idee dat ze geboren worden en ook weer sterven, is pas in die jaren ontstaan. In die koude, ijle omstandigheden buiten de sterren leek helemaal niets te kunnen gebeuren. Het beetje dat er was, was vooral waterstof. Andere elementen waren er nauwelijks. Een waterstofatoom kwam misschien eens in de honderdduizend jaar zoiets als een zuurstofatoom tegen. Pas toen men de telescopen op die interstellaire wolken richtte, zag men het ene molecuul na het andere. Het bleek een rijke chemie.”

Ewine van Dishoeck Beeld Elodie Burillon
Ewine van DishoeckBeeld Elodie Burillon

Maar voor de beoefenaar blijft het vreemde scheikunde. De astrochemicus heeft geen zuurkast of erlenmeyer. “Dat is het leuke van dit vak, je wordt gedwongen extra na te denken hoe je onderzoek wilt doen. Je kunt niet even op en neer naar de Orion-nevel om een proefje te doen. Je moet afgaan op waarnemingen en modellen. Je hebt een idee wat er gebeurt. Dat toets je in de computer of in het lab, en de uitkomst vergelijk je met de waarneming.”

Eén van die ideeën betrof de vraag: hoe reageren stoffen met elkaar? Dat de ruimte koud en ijl is, vormt niet de enige barrière voor wat chemische actie. “Als je hier op aarde waterstof- en zuurstofmoleculen bij elkaar brengt, krijg je een enorme knal. En dan heb je water. Maar als ze in de ruimte bij elkaar komen, kunnen ze de energie die bij de reactie vrijkomt, niet kwijt. Er is geen derde molecuul dat de energie kan opnemen. Of een reactorwand die warm kan worden. En dus zou de reactie nauwelijks tot stand kunnen komen.”

Landingsbanen voor atomen

Het antwoord op dat raadsel zat in het stof van de interstellaire wolken. Zo’n wolk bevat minuscule zandkorreltjes, een factor duizend kleiner dan het aardse zand. Maar hoe klein ook, het zijn perfecte landingsbanen voor atomen in de ruimte. “Heel soms, misschien maar eens per dag, komt een waterstofatoom op zo’n stofdeeltje terecht. Een dag later weer een. En dan ooit eens een zuurstofatoom, dat na waterstof en helium het meest voorkomt. Nu kunnen ze wél reageren want het stofdeeltje neemt de energie op.”

Ze opent haar laptop en start een filmpje dat ze ooit op basis van haar modellen heeft gemaakt. Witte bolletjes (waterstof) en rode (zuurstof) dalen op het zandkorreltje neer en klitten soms aaneen. “Kijk, het stofdeeltje is een meet and greet voor atomen. Ze komen elkaar tegen en je ziet overal watermoleculen ontstaan. Ik zet hem nu in de fast forward: na tienduizend jaar is het stofje bedekt met een dun laagje waterijs.”

Water, het is een rode draad in haar loopbaan. Het verhaal van water was voor haar een ontdekkingsreis, zegt ze zelf. Een reis die nauw verbonden is met de Herschel. Deze Europese ruimtetelescoop werd in 2009 gelanceerd en had een Nederlands meet­instrument aan boord. Vanwege die bijdrage kregen Nederlandse sterrenkundigen gegarandeerde waarnemingstijd.

“Daardoor konden we een gecoördineerd programma ontwikkelen. En dat was helemaal gericht op water. We wisten dat de telescoop bijzonder geschikt was voor het waarnemen van water in de ruimte. Door het vele water in de atmosfeer lukt dat met telescopen op aarde niet. Ons doel was: het hele spoor van water te volgen. Waar komt het vandaan, hoe wordt het gemaakt en hoe komt het op een planeet als de aarde terecht?”

De missie zelf duurde vier jaar, maar de voorbereiding nam veel meer tijd in beslag. “Ik weet nog dat ik begin jaren tachtig als jonge promovendus een eerste vergadering over de Herschel heb gehad. Maar ook de echte voorbereiding heeft wel tien jaar geduurd. En als dan de eerste meetresultaten binnenkomen, is het net sinterklaas. Alsof we cadeautjes mogen uitpakken. Wat de resultaten ook zijn, het is altijd een verrassing. Maar het is ook snel schakelen. Je moet de voorsprong die je door die gegarandeerde waarnemingstijd hebt gekregen, ook benutten.”

Het resulteerde in een stroom van een kleine honderd artikelen. En nu ligt er ook een groot overzichtsartikel. “Het kostte wat moeite om daar de tijd voor te vinden, maar in de afgelopen kerstvakantie is het dan toch gelukt. Ik voel het als een plicht voor de volgende generatie. Het duurt misschien nog dertig jaar voor een volgende ruimtetelescoop wordt gelanceerd die de draad weer oppakt. Dan is het wel handig als alle informatie van de Herschel op een rijtje staat.”

Gevraagd naar de hoofdles die Herschel haar heeft geleerd, begint ze over wat ze al wist. Over het water dat bij het ontstaan van een nieuwe ster wordt gevormd. “We wisten dat het in die fase om heel veel water ging. In die fase is het ook warm genoeg voor de chemische reactie. Maar dat water wordt in een straalstroom weggespoten.” Ze laat een foto zien van de watervallen van Iguaçu, op de grens van Argentinië en Brazilië, een van de grootste ter wereld. “Bij een gewone jonge ster gaat het om 100 miljoen Iguaçu-watervallen. Genoeg om alle oceanen op aarde in een jaar te vullen.”

Maar dat water verdwijnt dus de ruimte in. Het water dat in een planetenstelsel achterblijft, komt elders vandaan. “Dat water komt van die kleine stofdeeltjes. Als zo’n interstellaire wolk ineenstort en een nieuwe ster ontstaat, komen de stofdeeltjes in een schijf terecht die er omheen draait. En ze groeien door de zwaartekracht aaneen. Stofjes worden kiezels, groeien uit tot rotsblokken, en uiteindelijk tot planeten. Die stofjes bestaan voor de helft uit water. Dat is het water van ons zonnestelsel. Probeer te beseffen wat dat inhoudt. Het water in uw koffie – het is talloze malen verdampt, als regen weer neergeslagen, teruggestroomd naar zee – maar de atomen zijn op die stofjes aan elkaar gekoppeld. De moleculen in uw koffie zijn ouder dan de aarde of de zon zelf.”

Half gruis, half ijs

Ze had deze puzzel nog niet meteen gelegd, zegt ze. De waardes die Herschel doorgaf, pasten niet in de berekeningen die zij op aarde had gemaakt. “De modellen voorspelden aardig wat water. In een zonnestelsel als het onze moest genoeg water zijn om 6000 oceanen te vullen. Maar we zagen het niet. Het kostte heel wat hoofdbrekens eer we het doorhadden. Het water zat opgesloten in die rotsblokken!”

Ze loopt naar haar bureau waar een kleine replica staat van komeet 67P, bekend geworden van de landing die de Rosetta-sonde daar in 2014 op probeerde uit te voeren. Ze neemt hem liefdevol in haar armen. “Kijk, dit is zo’n rotsblok, half gruis, half ijs. In zulke brokken zat het water dat uit de kraan komt. Deze brokken cirkelen nu nog in de buitenregionen van onze zonnestelsel, in de zogeheten Oort-wolk. De grote vraag is nu: hoe krijg je het water op aarde? Als je te dicht bij de zon komt, verdampt het meteen. Waarschijnlijk hebben de grote planeten Jupiter en Saturnus daarin een rol gespeeld. Een theorie is dat zij voor chaos hebben gezorgd waardoor die ijsrotsen naar het binnenste deel van het zonnestelsel zijn gedirigeerd.”

Het lijken vragen voor een nieuwe generatie maar daar denkt ze met haar 66 jaar anders over. Binnenkort wordt de James Webb-ruimtetelescoop gelanceerd, de opvolger van de Hubble. Dat stond al voor 2014 in de planning maar dit najaar moet het dan echt gebeuren. De James Webb is geen Herschel maar heeft wel een Nederlands instrument aan boord dat naar water speurt. Warm water dit keer. “Als alles goed gaat, komen dan midden 2022 de eerste data binnen. Ik word nu al heel blij van het idee dat we die cadeautjes weer mogen openmaken.”

Eens een wetenschapper, altijd een wetenschapper. “Niet helemaal. In mijn jonge jaren speelde ik viool. Ik zat in een kamerorkest, in een zigeunerbandje. Ik had daar misschien mijn broodwinning van kunnen maken, maar achteraf ben ik blij dat ik die kant niet op ben gegaan. Ik had het in de muziek niet zo ver geschopt als in de wetenschap. Muzieklerares is ook niet zo spannend als de wetenschap. Hier heb ik never a dull moment.”

“Wetenschap zit in mijn bloed. Ik ben van de harde bèta, maar ik kan ook genieten van een mooie sterrenhemel. Mijn man en ik gaan vaak kamperen in het westen van de Verenigde Staten, in een van de nationale parken. Daar is het ’s nachts helemaal donker en dan is de aanblik overweldigend. Dan word je gedwongen na te denken over onze plaats in het grote heelal. Het was ook het motto van het eeuwfeest van de Internationale Astronomische Unie, twee jaar geleden: Under one sky. Waar maken we ons druk om? We zijn lotgenoten.”

Lees ook:

Een sterrenkundeprofessor met een paardenstaart

Vroeger durfde Selma de Mink (37) niet te solliciteren omdat ze vreesde dat ze niet genoeg in huis had. Nu is ze benoemd tot directeur van een prestigieus Max Planck Instituut.

Wilt u iets delen met Trouw?

Tip hier onze journalisten

Op alle verhalen van Trouw rust uiteraard copyright.
Wil je tekst overnemen of een video(fragment), foto of illustratie gebruiken, mail dan naar copyright@trouw.nl.
© 2021 DPG Media B.V. - alle rechten voorbehouden