Onderzoekers hebben waterdamp gevonden in de schijf rond een jonge ster, precies op de plek waar zich mogelijk planeten vormen. Water is een belangrijk ingrediënt voor het leven op aarde en er wordt aangenomen dat het ook een belangrijke rol speelt bij de vorming van planeten. Toch zijn astronomen er tot nu toe nooit in geslaagd in kaart te brengen hoe water wordt verdeeld in een stabiele, koele schijf – het type schijf dat de meest gunstige omstandigheden voor de vorming van planeten rond sterren.

Voor het eerst hebben astronomen de hoeveelheid waterdamp rond een typische planeetvormende ster gewogen.

De nieuwe bevindingen zijn mogelijk gemaakt dankzij de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) – een verzameling telescopen in de Chileense Atacama-woestijn. Het Jodrell Bank Centre for Astrophysics van de Universiteit van Manchester herbergt het UK ALMA Regional Centre Node (UK ARC).

Dr. Anita Richards, Senior Visiting Fellow aan de Universiteit van Manchester en voorheen lid van de Britse ARC, speelde een sleutelrol in de groep die de werking verifieerde van het "Band 5"-ontvangersysteem, dat essentieel was voor ALMA om de gedetailleerde beeld van het water.

Dr. Richards zei:“Het direct meten van de hoeveelheid waterdamp waar planeten zich vormen, brengt ons een stap dichter bij het begrijpen hoe gemakkelijk het zou kunnen zijn om werelden met oceanen te maken – hoeveel water zich vasthoudt aan de agglomererende rotsen, of wordt het grotendeels toegevoegd later naar een bijna volledig gevormde planeet? Dit soort waarnemingen heeft de droogst mogelijke omstandigheden nodig en kan alleen zo gedetailleerd worden gemaakt met behulp van de ALMA-array in Chili."

De waarnemingen, vandaag gepubliceerd in het tijdschrift Nature Astronomy, onthullen minstens drie keer zoveel water als in alle oceanen van de aarde in de binnenste schijf van de jonge zonachtige ster HL Tauri, gelegen op 450 lichtjaar afstand van de aarde in het sterrenbeeld Stier.

Stefano Facchini, een astronoom aan de Universiteit van Milaan, Italië, die het onderzoek leidde, zei:"Ik had nooit gedacht dat we een beeld konden vastleggen van oceanen van waterdamp in hetzelfde gebied waar zich waarschijnlijk een planeet vormt." P>

Co-auteur Leonardo Testi, een astronoom aan de Universiteit van Bologna, Italië, voegde hieraan toe:"Het is werkelijk opmerkelijk dat we niet alleen gedetailleerde beelden kunnen detecteren, maar ook kunnen vastleggen en waterdamp ruimtelijk kunnen oplossen op een afstand van 450 lichtjaar van ons. "

Deze waarnemingen met ALMA, die details zo klein als een mensenhaar op een kilometer afstand laten zien, stellen astronomen in staat de verdeling van water in verschillende delen van de schijf te bepalen.

Er werd een aanzienlijke hoeveelheid water gevonden in het gebied waar een bekend gat in de HL Tauri-schijf bestaat – een plek waar zich mogelijk een planeet zou kunnen vormen. Radiale gaten worden uitgehouwen in gas- en stofrijke schijven door jonge planeetachtige lichamen rond te draaien terwijl ze materiaal verzamelen en groeien. Dit suggereert dat deze waterdamp de chemische samenstelling van planeten die zich in die gebieden vormen, zou kunnen beïnvloeden.

Maar het observeren van water met een telescoop op de grond is geen sinecure, aangezien de overvloedige waterdamp in de atmosfeer van de aarde de astronomische signalen verslechtert.

ALMA, beheerd door de European Southern Observatory (ESO), ligt samen met zijn internationale partners op ongeveer 5.000 meter hoogte en is gebouwd in een hoge en droge omgeving, speciaal om deze degradatie te minimaliseren, waardoor uitzonderlijke observatieomstandigheden worden geboden. Tot nu toe is ALMA de enige faciliteit die de verdeling van water in een koele planeetvormende schijf in kaart kan brengen.

De stofdeeltjes waaruit een schijf bestaat, zijn de zaden van planeetvorming, die botsen en samenklonteren tot steeds grotere lichamen die rond de ster draaien. Astronomen geloven dat waar het koud genoeg is om water aan stofdeeltjes te laten bevriezen, dingen efficiënter aan elkaar blijven plakken – een ideale plek voor planeetvorming.

Leden van de Britse ARC dragen bij aan een grote upgrade van ALMA, die, nu ESO's Extremely Large Telescope (ELT) binnen tien jaar ook online komt, een nog duidelijker beeld zal opleveren van de planeetvorming en de rol die water daarin speelt. Vooral METIS, de Mid-infrared ELT Imager and Spectrograph, zal astronomen een ongeëvenaard beeld geven van de binnenste gebieden van planeetvormende schijven, waar planeten zoals de aarde ontstaan.

Meer informatie: Opgeloste ALMA-waarnemingen van water in de binnenste astronomische eenheden van de HL Tau-schijf, Natuurastronomie (2024). DOI:10.1038/s41550-024-02207-w

Journaalinformatie: Natuurastronomie

Aangeboden door Universiteit van Manchester