Een koud biertje op een warme dag of een whisky slaapmutsje naast een kolenvuur. Een welverdiend glas kan je denken losmaken totdat je je in staat voelt de mysteries van leven, dood, liefde en identiteit te doorboren. Op momenten als deze kunnen alcohol en kosmisch nauw met elkaar verweven lijken.
gerelateerde inhoud
- De wetenschap achter uw goedkope wijn
Dus misschien is het geen verrassing dat het universum overspoeld is met alcohol. In het gas dat de ruimte tussen de sterren inneemt, is het harde spul bijna overal aanwezig. Wat doet het daar? Is het tijd om een paar grote raketten te sturen om het te verzamelen?
De chemische elementen om ons heen weerspiegelen de geschiedenis van het universum en de sterren erin. Kort na de oerknal werden protonen gevormd in het zich uitbreidende, koele universum. Protonen zijn de kernen van waterstofatomen en bouwstenen voor de kernen van alle andere elementen.
Deze zijn meestal vervaardigd sinds de oerknal door nucleaire reacties in de hete dichte kernen van sterren. Zwaardere elementen zoals lood of goud worden alleen vervaardigd in zeldzame massieve sterren of ongelooflijk explosieve gebeurtenissen.
Ethanol molecule (Wikimedia Commons) Lichtere zoals koolstof en zuurstof worden gesynthetiseerd in de levenscycli van heel veel gewone sterren - uiteindelijk ook onze eigen zon. Net als waterstof behoren ze tot de meest voorkomende in het universum. In de grote ruimtes tussen de sterren is typisch 88% van de atomen waterstof, 10% is helium en de resterende 2% zijn voornamelijk koolstof en zuurstof.
Dat is geweldig nieuws voor drankliefhebbers. Elke molecule ethanol, de alcohol die ons zoveel plezier geeft, bevat negen atomen: twee koolstof, één zuurstof en zes waterstof. Vandaar het chemische symbool C₂H₆O. Het is alsof het universum zich expres in een monumentale distilleerderij heeft veranderd.
**********
De ruimtes tussen sterren staan bekend als het interstellaire medium. De beroemde Orionnevel is misschien het bekendste voorbeeld. Het is het dichtste gebied van stervorming op aarde en zichtbaar voor het blote oog - zij het nog op meer dan 1300 lichtjaar afstand.
Hoewel we ons meestal concentreren op de kleurrijke delen van nevels zoals Orion waar sterren opduiken, is dit niet waar de alcohol vandaan komt. Opkomende sterren produceren intense ultraviolette straling, die nabijgelegen moleculen vernietigt en het moeilijker maakt voor nieuwe stoffen om zich te vormen.
Orionnevel (Wikimedia Commons) In plaats daarvan moet je kijken naar de delen van het interstellaire medium die astronomen lijken als donker en bewolkt, en alleen zwak verlicht door verre sterren. Het gas in deze ruimtes is extreem koud, iets minder dan -260 ℃ of ongeveer 10 ℃ boven het absolute nulpunt. Dit maakt het erg traag.
Het is ook fantastisch wijd verspreid. Op zeeniveau op aarde, volgens mijn berekeningen, zijn er ongeveer 3x10 25 moleculen per kubieke meter lucht - dat is een drie gevolgd door 25 nullen, een enorm groot aantal. Op straalhoogte van passagiers, circa 36.000 voet, is de dichtheid van moleculen ongeveer een derde van deze waarde - zeg 1x10 25 . We zouden moeite hebben om buiten het vliegtuig te ademen, maar dat is nog steeds heel veel gas in absolute termen.
Vergelijk dit nu met de donkere delen van het interstellaire medium, waar er typisch 100.000.000.000 deeltjes per kubieke meter zijn, of 1x10 11, en vaak veel minder dan dat zelfs. Deze atomen komen zelden dichtbij genoeg om te interageren. Maar wanneer ze dat doen, kunnen ze moleculen vormen die minder snel uit elkaar worden geblazen door verdere botsingen op hoge snelheid dan wanneer hetzelfde op aarde gebeurt.
Het bewijs is daar. (Tragoolchitr Jittasaiyapan) Als een koolstofatoom bijvoorbeeld een waterstofatoom ontmoet, kunnen ze aan elkaar plakken als een molecule die methylidyn wordt genoemd (chemisch symbool CH). Methylidyne is zeer reactief en wordt dus snel op aarde vernietigd, maar het is gebruikelijk in het interstellaire medium.
Dergelijke eenvoudige moleculen zijn vrijer om andere moleculen en atomen tegen te komen en bouwen langzaam complexere stoffen op. Soms worden moleculen vernietigd door ultraviolet licht van verre sterren, maar dit licht kan deeltjes ook veranderen in iets andere versies van zichzelf, ionen genoemd, waardoor het bereik van moleculen dat zich kan vormen langzaam wordt uitgebreid.
**********
Om een molecuul met negen atomen, zoals ethanol, in deze koele en ijle omstandigheden te maken, kan het nog steeds extreem lang duren - zeker veel langer dan de zeven dagen die je thuisbrouwen op zolder kunt fermenteren, laat staan de tijd die het kost om naar de slijterij.
Maar er is hulp bij de hand van andere eenvoudige organische moleculen, die aan elkaar blijven plakken om stofkorrels te vormen, zoiets als roet. Op de oppervlakken van deze korrels vinden chemische reacties veel sneller plaats omdat de moleculen in hun nabijheid worden gehouden.
Het zijn daarom koele, roetige gebieden, de potentiële stellaire geboorteplaats van de toekomst, die complexe moleculen aanmoedigen om sneller te verschijnen. We kunnen aan de onderscheidende spectrumlijnen van verschillende deeltjes in deze regio's zien dat er water, koolstofdioxide, methaan en ammoniak is - maar ook veel ethanol.
Ruimte voor meer! (Afrika Studio) Als ik nu veel zeg, moet je de uitgestrektheid van het universum in gedachten houden. En we hebben het nog steeds over ongeveer één op elke 10 m atomen en moleculen. Stel dat je door de interstellaire ruimte kunt reizen met een pintglas, terwijl je alleen alcohol opschept terwijl je je verplaatst. Om genoeg te verzamelen voor een pint bier zou je ongeveer een half miljoen lichtjaar moeten reizen - veel verder dan de grootte van onze Melkweg.
Kortom, er zijn verbijsterend grote hoeveelheden alcohol in de ruimte. Maar omdat het over echt enorme afstanden verspreid is, kunnen de drankbedrijven gemakkelijk rusten. Het zal een koude dag op de zon zijn voordat we erachter komen hoe we iets moeten verzamelen, het spijt me dat te moeten zeggen.
Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op The Conversation.
Alexander MacKinnon, senior docent, astrofysica, Universiteit van Glasgow
