Het mysterie van het verdwenen zwavel: ijs in de ruimte blijkt de dader
Ergens tussen de sterren verdwijnt er zwavel. Niet een beetje, maar bijna helemaal. Wetenschappers weten al jaren dat dit element in grote wolken van gas en stof, waar nieuwe sterren geboren worden, bijna spoorloos is. Nu heeft een laboratoriumexperiment een sterke aanwijzing gevonden voor waar die zwavel zich verstopt: in ijs, met hulp van water.
Zwavel is het tiende meest voorkomende element in de ruimte. Je zou dus verwachten dat je het overal in gaswolken terugvindt. Maar metingen laten iets anders zien: in de dichte wolken waar sterren ontstaan, is het grootste deel van de zwavel onvindbaar. Onderzoekers vermoeden al langer dat het element zich ergens verstopt in vaste vorm, vastgeplakt aan stofkorrels. Het probleem: die vaste vorm is lastig te detecteren met telescopen.
Om dit uit te zoeken, bootsten onderzoekers in het laboratorium na wat er in de ruimte gebeurt. Ze maakten ijs met daarin waterstofsulfide (H2S), een zwavelverbinding, en bestraalden dit met ultraviolet licht. Ook verwarmden ze het ijs langzaam op, zoals ijskorrels in de ruimte doen als ze dichter bij een jonge ster komen. Daarna keken ze wat er precies is overgebleven.
Ringen van zwavel
Het resultaat was verrassend duidelijk. Tijdens de bestraling en opwarming ontstonden stabiele zwavelverbindingen, waaronder ringvormige moleculen van zes tot acht zwavelatomen (bekend als S6 tot en met S8). Deze stoffen zijn "refractair": ze verdampen niet makkelijk en blijven dus als vaste stof achter, precies het soort materiaal dat in gaswolken onzichtbaar zou blijven voor telescopen.
Het belangrijkste onderdeel van de ontdekking: wanneer het ijs vooral uit water bestond, zoals in de ruimte meestal het geval is, ontstonden deze zwavelringen maar liefst honderd keer vaker. Water blijkt dus een soort katalysator, een stof die een reactie versnelt zonder zelf te verdwijnen. De onderzoekers denken dat het waterijs tijdelijke, elektrisch geladen deeltjes stabiliseert, waardoor zwavelatomen zich makkelijker aan elkaar kunnen rijgen tot ringen. Het eindresultaat is vooral S8, een ring van acht zwavelatomen.
Interessant is dat dit soort zwavelringen, en verwante verbindingen die "polythionzuren" heten, ook al zijn teruggevonden in meteorieten en in stofmonsters die ruimtesondes van asteroïden hebben meegenomen. Dat past bij het idee dat deze stoffen ontstaan in het ijs dat stofkorrels bedekt, nog voordat die stofkorrels onderdeel worden van kometen of planeten.
Omdat elk van deze ringmoleculen meerdere zwavelatomen tegelijk vasthoudt, zijn ze een efficiënte "opslagplaats" voor zwavel. Dat zou goed kunnen verklaren waarom er in de gaswolken zo weinig zwavel wordt teruggevonden: het zit vast in dit soort vaste, ijzige klontjes.
Wat betekent dit (nog) niet: Dit is één laboratoriumexperiment, geen directe waarneming in de ruimte zelf. De onderzoekers tonen aan dat dit mechanisme kan werken en aansluit bij eerdere vondsten in meteorieten, maar daarmee is nog niet bewezen dat dit ook daadwerkelijk de hoofdverklaring is voor al het verdwenen zwavel in echte sterrenwolken. Vervolgonderzoek, bijvoorbeeld met telescopdata, moet dit bevestigen.
Toch is de vondst waardevol. Als refractaire zwavelverbindingen inderdaad veel voorkomen, kunnen ze in de toekomst ook dienen als een soort wegwijzer: een signaal dat verraadt waar zich waterijs bevindt in de ruimte. Een klein laboratoriumexperiment dat mogelijk licht werpt op een decennialang mysterie.
Bron: Water enhances the formation of refractory sulfur in interstellar ices