Onderzoekers van het Nederlands ruimteonderzoeksinstituut SRON hebben voor het eerst ‘vingerafdrukken’ gezien van interstellair stof in röntgenlicht. Cor de Vries en Elisa Costantini gebruikten de door SRON ontwikkelde reflectietraliespectrometer (RGS) om de absorptie van röntgenstraling door interstellair stof te analyseren. De vingerafdruk van deze stofdeeltjes kan meer vertellen over de samenstelling en het ontstaan van de deeltjes. De resultaten verschijnen op 31 maart in een persbericht van Astronomy & Astrophysics.
De waarnemingen van de specifieke structuren in röntgenabsorptiespectra, genaamd EXAFS, zijn gedaan met het RGS-instrument op de Europese röntgensatelliet XMM-Newton. SRON ontwikkelde reflectietraliespectrometer RGS (ESA)
Het RGS-instrument op de XMM-newton telescoop van ESA is een van de weinige instrumenten die de specifieke structuren in röntgenabsorptiespectra, genaamd EXAFS, in de ruimte kunnen waarnemen. Om waarneming mogelijk te maken, moet de te onderzoeken materie allereerst in de lijn van een krachtige röntgenbron staan. De onderzoekers van SRON maakten gebruik van de krachtige straling van de neutronenster Scorpius X-1.
Wanneer interstellaire stofdeeltjes worden blootgesteld aan de röntgenstraling, kan een röntgenfoton ervoor zorgen dat een atoom een elektron afstoot. De Vries: ‘Wanneer dat elektron wordt teruggekaatst door naburige atomen veroorzaakt dit een karakteristiek sinusachtig patroon in het spectrum van de röntgenstraling: de vingerafdruk. De golflengte van deze sinus is afhankelijk van de structuur van het absorberende materiaal.’
De spectrometer meet een deel van het röntgenlicht en rafelt het, eigenlijk net zoals een prisma, uiteen in straling van 0,5 tot 3,8 nanometer. ‘Dit spectrum geeft gedetailleerde informatie over het stof waar de straling doorheen is gegaan. We kunnen nu proberen te achterhalen uit wat voor mineralen en elementen deze deeltjes zijn opgebouwd’, aldus De Vries.
De SRON-onderzoekers maakten gebruik van de krachtige straling van een neutronenster om de ‘vingerafdrukken’ te zien van interstellair stof (ESA)
Op zoek naar de eigenaar
Hoewel de onderzoekers nu de vingerafdruk van interstellaire deeltjes gevonden hebben, weten zij nog niet waar die vingerafdruk nou bij hoort. De Vries: ‘De uitdaging is om nu materialen te zoeken die eenzelfde vingerafdruk hebben. Het probleem is echter dat de database van materialen die te vergelijken zijn met interstellair stof erg beperkt is. Een van de geanalyseerde deeltjes vertoont gelijkenissen met ijs, maar dit is geen waarschijnlijke optie.’
Het grote voordeel van EXAFS-analyse ten opzichte van andere spectroscopische technieken is dat de atoomstructuur op een zeer kleine schaal, binnen een afstand van zo’n 10 atomen, zichtbaar wordt. De techniek werkt daarom niet alleen op goed geordende kristallen, maar ook op vaste stoffen met een onregelmatige structuur – amorfe stoffen.
De analyse van de interstellaire stofdeeltjes levert kennis op over de structuur van de stofdeeltjes en de vorming van de deeltjes. Het stof speelt bovendien een belangrijke rol in de vorming van sterren; het zorgt voor koeling van de hete gaswolken waaruit sterren kunnen ontstaan. Het ontrafelen van deze stofdeeltjes kan dus bijdragen aan kennis over het ontstaan van sterren en planeten in ons heelal.
Astro-H
SRON is ook betrokken bij de spectrometer aan boord van de toekomstige Japanse röntgenmissie ASTRO-H. Dit instrument is bij uitstek geschikt om op zoek te gaan naar EXAFS van silicium en ijzerverbindingen, die verwacht worden in het interstellair stof. De Vries en Costantini hebben met hun waarnemingen aangetoond dat het mogelijk is deze EXAFS waar te nemen.
De resultaten van het onderzoek verschijnen binnenkort in het vaktijdschrift Astronomy and Astrophysics met de titel ‘Physical properties of amorphous solid interstellar material from X-ray absorption spectroscopy of Scorpius X-1′.
