Het galactische recept voor een planeet met leven

Wist je dat een van de beruchtste vergiften ook een belangrijk ingrediënt is voor het leven zoals we dat kennen? Luister naar ruimtechemicus Karin Öberg en hoor hoe ze het universum afzoekt op zoek naar deze paradoxale chemische stof met ALMA, 's werelds grootste radiotelescoop, om broeinesten van moleculaire activiteit en de vorming van levensondersteunende planeten te detecteren.

Ik ben er vrij zeker van
dat ik niet de enige in deze zaal ben

die op een bepaald moment
omhoog keek naar de sterren

en zich afvroeg: "Zijn wij de enige,

of zijn er nog andere
planeten met leven zoals de onze?"

Ik denk dat het mogelijk is
dat ik dan de enige persoon ben

die geobsedeerd genoeg was door die vraag

om er haar carrière van te maken.

Maar we gaan door.

Hoe komen we tot deze vraag?

Ik zou zeggen dat het eerste
wat we moeten doen,

is onze ogen afwenden van de hemel
en naar onze eigen planeet Aarde kijken.

En bedenk hoeveel geluk
de Aarde moest hebben

om een bewoonbare planeet te worden.

Ze moet op zijn minst wel
een beetje geluk gehad hebben.

Hadden wij dichter bij de Zon gezeten

of een beetje verder weg,

dan zou het water ofwel weggekookt
ofwel bevroren zijn.

Ik bedoel dat het niet vanzelfsprekend is
dat een planeet water heeft.

Waren we een droge planeet geweest,

dan zou er niet veel leven
op zijn geweest.

En zelfs als we al het water hadden
dat we vandaag hebben,

als dat water niet vergezeld was

van de juiste soort van chemische stoffen
om het leven op te starten,

dan hadden we een natte planeet,
maar net even dood.

Als zoveel dingen fout kunnen gaan,

wat zijn dan de kansen dat ze goed gaan?

Wat zijn de kansen
dat de planeet zich vormt

met minstens de nodige basisingrediënten

om het leven te laten beginnen?

Laten we dat samen eens onderzoeken.

Je gaat voor een bewoonbare planeet.

Het eerste wat je nodig hebt,

is een planeet.

(Gelach)

Maar niet zomaar eender welke planeet.

Je hebt waarschijnlijk een typisch
Aarde-achtige planeet nodig.

Een planeet die rotsachtig is,

zodat je zowel zeeën als land hebt,

en hij mag noch te dichtbij,
noch te ver van zijn ster zitten,

maar alleen in de juiste temperatuurzone.

En dat is waar water vloeibaar is.

Hoeveel van dit soort planeten
hebben we in onze Melkweg?

Een van de grote ontdekkingen
van de afgelopen decennia

is dat er ongelooflijk veel planeten zijn.

Bijna elke ster heeft
een planeet om zich heen.

Sommige hebben er veel.

En tussen deze planeten

zijn er een paar procent
Aarde-achtig genoeg

dat we ze zouden kunnen beschouwen
als planeten met mogelijk leven.

De juiste soort planeet hebben
is dus eigenlijk niet zo moeilijk

als we weten dat er in ons melkwegstelsel
ongeveer 100 miljard sterren zijn.

Dat geeft je ongeveer een miljard
planeten met potentieel leven.

Maar het is niet genoeg
om alleen de juiste temperatuur

of de juiste samenstelling te hebben.

Je hebt ook de juiste chemicaliën nodig.

En het tweede en belangrijke ingrediënt
voor een bewoonbare planeet --

ik denk dat dat vrij intuïtief is --

is water.

We definieerden immers onze planeet
met potentieel leven

als een met de juiste temperatuur
voor vloeibaar water.

Ik bedoel dat hier op Aarde
het leven gebaseerd is op water.

Maar meer in het algemeen

is water gewoon echt goed als
ontmoetingsplaats voor chemische stoffen.

Het is een zeer speciale vloeistof.

Dit is dus ons tweede basisingrediënt.

Het derde ingrediënt is, denk ik,

waarschijnlijk een beetje verrassender.

We gaan daar organische
stoffen moeten hebben,

omdat we denken aan organisch leven.

Maar de organische molecule

die essentieel lijkt
voor de chemische netwerken

die biomoleculen kunnen produceren,

is waterstofcyanide.

Wie dit molecule kent,

weet dat je er beter van wegblijft.

Maar het blijkt

dat wat echt, echt slecht is
voor geavanceerde vormen van leven,

zoals jullie,

echt, echt goed is om
die chemie mee te beginnen,

de juiste soort chemie die kan leiden
tot het ontstaan van het leven.

Nu hebben we onze
drie benodigde ingrediënten,

te weten: een gematigde planeet,

water en waterstofcyanide.

Hoe vaak komen deze drie samen voor?

Hoeveel gematigde planeten zijn er

met water en waterstofcyanide?

In een ideale wereld

zouden we een van onze telescopen

naar een van die gematigde
planeten richten

en het zelf gaan bekijken.

Zo van: "Hebben deze planeten
water en cyaniden?"

Helaas hebben we nog geen telescopen
die groot genoeg zijn om dat te kunnen.

We kunnen moleculen detecteren
in de atmosfeer van een aantal planeten.

Maar dit zijn grote planeten

die vaak vrij dicht bij hun ster zitten,

niet zoals deze, weet je,
net geschikte planeten

waar we het hier over hadden,

die veel kleiner en verder weg zijn.

Dus moeten we het anders doen.

De andere manier die we bedachten
en daarna hebben gevolgd,

is om niet meer te zoeken
naar deze moleculen

op bestaande planeten,

maar ernaar te zoeken in het materiaal
waaruit nieuwe planeten ontstaan.

Planeten ontstaan in schijven
van stof en gas rond jonge sterren.

Deze schijven krijgen hun materiaal
uit het interstellaire medium.

Het blijkt dat de lege ruimte
die je tussen de sterren ziet

wanneer je ernaar op zoek bent
en existentiële vragen stelt,

niet zo leeg is als ze lijkt,

maar eigenlijk vol met gas en stof,

dat zoals je weet,
kan samenklonteren in wolken,

en dan samentrekken om schijven,
sterren en planeten te vormen.

Een van de dingen die we altijd zien
als we naar deze wolken kijken,

is water.

Ik denk dat we de neiging hebben
om water te zien

als iets speciaals voor ons.

Water is een van de meest voorkomende
moleculen in het heelal,

inclusief in deze wolken,

deze ster- en planeetvormende wolken.

En dat niet alleen,

water is ook een erg robuust molecule:

het is niet zo makkelijk kapot te krijgen.

Veel van dit water
in de interstellaire ruimte

zal dus de nogal gevaarlijke
instortreis overleven

van wolken, naar schijf, naar planeet.

Water is dus oké.

Dat tweede ingrediënt
gaat niet echt een probleem zijn.

De meeste planeten
krijgen bij hun vorming water mee.

Hoe zit het nu met waterstofcyanide?

We zien ook cyaniden en andere
soortgelijke organische moleculen

in deze interstellaire wolken.

Maar hier zijn we er minder zeker van
of de moleculen gaan overleven

bij hun reis van wolk naar schijf.

Ze zijn wat delicater, kwetsbaarder.

Als we dus gaan weten
dat dit waterstofcyanide

zich in de buurt
van nieuwe planeten bevindt,

zouden we het echt moeten zien
in de schijf zelf,

in de planeetvormende schijven.

Een jaar of tien geleden

startte ik een programma op
om te zoeken naar dit waterstofcyanide

en andere moleculen
in die planeetvormende schijven.

En dit is wat we gevonden hebben.

Goed nieuws dus, in deze zes beelden

vertegenwoordigen die heldere pixels
uitstoot van waterstofcyanide

in planeetvormende schijven
op honderden lichtjaren afstand

die tot bij onze telescoop zijn geraakt,

op de detector,

zodat we ze konden zien als dit.

Het goede nieuws

is dat deze schijven inderdaad
waterstofcyanide bevatten.

Dat laatste, ongrijpbaardere ingrediënt.

Het slechte nieuws is dat we niet weten
waar het zit in de schijf.

Als we hiernaar kijken,

zal niemand kunnen zeggen
dat het mooie beelden zijn,

zelfs niet toen we ze kregen.

Je ziet dat de pixelgrootte vrij groot is,

eigenlijk groter dan de schijven zelf.

Elke pixel hier

is iets dat veel groter is
dan ons zonnestelsel.

Dat betekent

dat we niet weten waar in de schijf
het waterstofcyanide vandaan komt.

En dat is een probleem,

omdat deze gematigde planeten

niet zomaar overal hun waterstofcyanide
vandaan kunnen halen,

maar het moet in de buurt zijn
van waar ze zich vormen

om erbij te kunnen.

Laten we om dit duidelijk te maken
eens nadenken over een analoog voorbeeld,

namelijk het kweken van cipressen
in de Verenigde Staten.

Veronderstel dat je terugkomt uit Europa,

waar je prachtige,
Italiaanse cipressen hebt gezien,

en je wil wel eens weten

of het zin heeft om ze
in de Verenigde Staten te importeren.

Kan je ze hier kweken?

Dus praat je met cipresexperts

en die vertellen je
dat er inderdaad een strook is

waar het niet al te warm,
noch te koud is in de Verenigde Staten,

waar je ze zou kunnen telen.

En als je een mooie, hoge-resolutiekaart
of afbeelding als deze hebt,

is het vrij gemakkelijk om te zien
dat deze cipresstrook

overlapt met veel pixels
van groene, vruchtbare grond.

Zelfs als ik deze kaart
een beetje verslechter,

de resolutie verminder,

kunnen we nog steeds zeggen

dat er vruchtbaar land
overlapt met deze strook.

Maar wat als de hele Verenigde Staten

samengebald wordt tot een enkele pixel?

Als de resolutie zo laag is.

Wat doe je dan?

Hoe kan je dan zien of je cipressen
kunt kweken in de Verenigde Staten?

Wel, het antwoord is dat je dat niet kunt.

Ik bedoel dat er zeker
wat vruchtbaar land is,

of je zou die groene tint
niet hebben op die pixel,

maar je zou gewoon niet kunnen vertellen

of iets van dat groen
zich op de juiste plaats bevindt.

Dat is net het probleem
waarmee we werden geconfronteerd

met onze enkele-pixel
afbeeldingen van deze schijven

met waterstofcyanide.

Wat we dus nodig hebben,
is iets analoogs,

minstens zo’n lage-resolutiekaarten
zoals ik net liet zien,

om te kunnen bepalen of er overlap is

tussen de plaatsen
waar er waterstofcyanide is

en waar deze planeten erbij kunnen
als ze zich vormen.

Tot onze redding
kwam er een paar jaar geleden

deze nieuwe, fantastische,
mooie telescoop, ALMA,

de Atacama Large Millimeter
and submillimeter Array

in het noorden van Chili.

ALMA is geweldig
op veel verschillende manieren,

maar waar ik me op ga richten is deze --

zoals je kunt zien,
noem ik dit één telescoop --

maar je ziet eigenlijk
veel schotels in dit beeld.

Dit is een telescoop
die bestaat uit 66 afzonderlijke schotels

die allemaal samenwerken.

Dat betekent dat je een telescoop hebt

waarvan de grootte gelijk is
aan de grootste afstand

waarop je deze schotels
uit elkaar kan zetten.

In ALMA's geval is dat enkele kilometers.

Dus krijg je een meer
dan een kilometer grote telescoop.

En met zo'n grote telescoop

kan je op echt kleine dingen inzoomen,

inclusief het maken van kaarten
van waterstofcyanide

in planeetvormende schijven.

Toen ALMA online kwam
een paar jaar geleden,

was dat een van de eerste dingen
die ik voorstelde om hem ervoor gebruiken.

Hoe ziet een kaart van waterstofcyanide
in een schijf er uit?

Zit het waterstofcyanide
op de juiste plaats?

En het antwoord is ja.

Dit is de kaart.

Je ziet de waterstofcyanide-uitstoot
verspreid over de schijf.

Ten eerste zit het bijna overal,

en dat is heel goed nieuws.

Maar je hebt veel extra heldere uitstoot

komende uit de buurt van de ster
naar het midden van de schijf.

En dat is precies waar we het willen zien.

Dit is de buurt waar
deze planeten worden gevormd.

We zien dat niet alleen bij één schijf --

hier zijn drie verdere voorbeelden.

Je kunt zien dat ze allemaal
hetzelfde laten zien --

hopen heldere waterstofcyanide-uitstoot

vanuit ongeveer het midden van de ster.

Om eerlijk te zijn,
zien we dit niet altijd.

Er zijn schijven
waar we het omgekeerde zien,

waar er eigenlijk een gat zit
in de emissie naar het centrum.

Het tegenovergestelde
van wat wij willen zien.

Dit zijn geen plaatsen
waar we zouden zoeken

naar waterstofcyanide
waar planeten zich vormen.

Maar in de meeste gevallen

vinden we niet alleen waterstofcyanide,

maar we vinden het ook
op de juiste plaats.

Wat betekent dit allemaal?

Ik vertelde jullie in het begin

dat we heel veel
gematigde planeten hebben,

misschien wel een miljard of zo,

waarop leven zich kon ontwikkelen

als ze de juiste ingrediënten hadden.

Ik toonde ook aan

dat we denken dat de juiste ingrediënten
er meestal ook zijn --

we hebben water,
we hebben waterstofcyanide,

evenals andere organische moleculen

samen met de cyaniden.

Dit betekent dat planeten

met de meest basale
ingrediënten voor leven

waarschijnlijk ongelooflijk
veel voorkomen in onze Melkweg.

En als om leven te ontwikkelen

alleen deze basisingrediënten nodig zijn,

dan zouden er veel planeten
met leven moeten zijn.

Maar dat is natuurlijk een grote 'als'.

Ik zou zeggen dat de uitdaging
van de volgende decennia,

voor zowel de sterrenkunde
als de scheikunde,

is om erachter te komen hoe vaak

planeten met potentieel leven

ook werkelijk leven hebben.

Dank u.

(Applaus)