Deze UvA'er maakt niet-zichtbare mini-planeten na in zijn lab
Niet-zichtbare planeten onderzoeken lijkt een lastige opgave, maar UvA’er Kaustubh Hakim heeft daar een oplossing voor: hij maakt ze na in het lab om te kijken wat er binnenin planeten gebeurt. ‘Zo kunnen we er onder andere achter komen of er leven mogelijk is op bepaalde planeten.’
UvA-wetenschapper Kaustubh Hakim doet onderzoek naar exoplaneten. Dit zijn planeten die om andere sterren dan onze zon draaien. ‘Rond 1990 wisten we nog niet eens dat deze planeten bestonden, tenminste, we hadden er nog niet echt bewijs voor,’ legt Hakim uit. ‘Er werd altijd gedacht dat het zonnestelsel een speciaal systeem is, maar eigenlijk zijn alle sterren een soort zon.’
Het observeren van exoplaneten die dezelfde grootte hebben als de aarde is alleen wel moeilijk. ‘Vanaf de aarde zijn ze niet direct te zien, omdat de afstand tot exoplaneten te groot is en omdat deze planeten heel klein zijn. Enorme planeten die net zo groot zijn als Jupiter zijn bijvoorbeeld wel te zien met een supersterke telescoop.’
Niet de ruimte in
Maar hoe doe je dan onderzoek naar iets wat je helemaal niet kunt observeren? Hakim is geen astronaut, dus hij gaat niet de ruimte in voor zijn onderzoek. ‘We maken de planeten na in het lab,’ vertelt hij. ‘Maar hiervoor moet ik weten waar exoplaneten uit bestaan. Dit kunnen we niet achterhalen door de minuscule planeten met een telescoop te bestuderen, maar we kunnen wel de sterren waar ze omheen draaien observeren. Dit doen astronomen met spectroscopie. Hiermee krijgen ze informatie over de bestanddelen van een ster.’
Sterren zenden licht uit dat je met een telescoop kunt opvangen. Dit licht geeft informatie over de chemische elementen van sterren, bijvoorbeeld of er koolstof, zuurstof, ijzer, enzovoort te vinden is. Chemische elementen laten namelijk een soort afdrukken achter in het licht. Met een spectroscoop, een meetinstrument van een telescoop, kun je die afdrukken aflezen.
‘De massa van een planeet kunnen we te weten komen door te kijken naar de zwaartekracht waarmee een planeet aan haar ster trekt, want zwaartekracht is afhankelijk van de massa.’ Elke planeet trekt steeds een beetje aan haar ster. Hierdoor maakt een ster wiebelende bewegingen. Die bewegingen kun je meten. Hierdoor kun je niet alleen de massa van een planeet achterhalen, maar ook de afstand tussen de planeet en haar ster.
Freddy
Door deze metingen van astronomen heeft Hakim meer informatie over de planeten, maar weet hij nog steeds niet de precieze samenstelling. Daarom probeert hij verschillende chemische samenstellingen in het lab uit. ‘Met computermodellen probeer ik te vinden in welke range ik onderzoek moet doen.’
De chemische samenstellingen maakt hij zelf in het lab op de campus van de Vrije Universiteit. Hiervoor gebruikt hij allemaal potjes met chemicaliën. ‘Verschillende chemicaliën moeten gemixt worden tot één geheel. Dit verhitten we tot een zeer hoge temperatuur, zodat de structuur geschikt is voor het experiment. We stoppen het dan in verschillende omhulsels, zodat het klaar is voor gebruik in Freddy. Zo heet de machine die voor hoge druk en temperatuur zorgt. Hierin wordt het binnenste van een planeet nagebootst.’ Hakim wil namelijk weten wat er binnenin de planeten gebeurt. ‘Zo kunnen we er onder meer achter komen wat er mogelijk is qua leven in de omgeving van een bepaalde planeet,’ vertelt Hakim. ‘Astrobiologen kunnen immers vervolgens bestuderen of eiwittenEiwitten zijn één van de belangrijke bouwstenen van leven. stabiel blijven in zo’n omgeving. Hierdoor weten we uiteindelijk dat we op bepaalde plekken niet hoeven te zoeken omdat daar toch geen leven te vinden is.’
Lees verder onder de foto.
Misschien klinkt het simpel, wat stofjes mengen, verwarmen en dan in een machine leggen, maar Hakim kan hier tot wel honderd uur mee bezig zijn. ‘Het hangt er een beetje vanaf wat je wilt gaan doen,’ zegt hij. ‘Verder kan er in het lab van alles fout gaan. De machine kan kapot gaan of er zijn geen techneuten in de buurt die je met iets kunnen helpen. Dan duurt het toch allemaal weer langer dan je dacht. Dat is wel wennen, want ik heb altijd alleen gewerkt met computermodellen en die zijn heel rechtdoorzee. Als er dan iets niet werkt, kun je dat probleem altijd oplossen; je herschrijft de code een beetje.’
Sample van 2000 Kelvin bevriezen
Op een gegeven moment laat Hakim de onderzoeksopstelling afkoelen, zodat hij makkelijk een sample kan meenemen naar een lab in Utrecht voor analyse. Hakim: ‘Dat betekent niet dat je de sample in de vriezer doet. De sample is namelijk opgewarmd bij een temperatuur van 2000 Kelvin, dat is iets meer dan 1726 graden Celsius.’ Hij zet simpelweg de machine uit waarna Hakim wacht tot de sample op kamertemperatuur is.
‘In het lab in Utrecht bekijk ik welke mineralen in de sample zijn achtergebleven, bijvoorbeeld koolstof en ijzer. Ook onderzoek ik in welke toestanden de mineralen zich bevinden in bepaalde omstandigheden van de planeten – of ze dan vloeibaar zijn of een vaste vorm hebben. Je kunt aan de textuur van de samples zien in wat voor staat ze zich bevonden voordat we ze lieten afkoelen.’
Hakim vermoedt dat de planeten rotsachtig zijn, net zoals de aarde en Mars. Hakim: ‘Waarschijnlijk bevatten deze planeten veel meer koolstof dan de aarde. Dit komt doordat ze bij sterren horen die veel meer koolstof bevatten dan de zon. De mineralensamenstelling van ons planetenstelsel is beperkt. De verscheidenheid aan mineralen is bij exoplaneten veel groter.’
