Een internationaal team, waaronder de westerse astrofysici Els Peeters en Jan Cami, heeft de vernietiging en hervorming van een grote hoeveelheid water ontdekt in een planeetvormende schijf in het hart van de Orionnevel.

Deze ontdekking werd mogelijk gemaakt door een originele multidisciplinaire aanpak die observaties van de James Webb Space Telescope (JWST) en kwantumfysica-berekeningen combineert.

De studie, onderdeel van het PDRs4All Early Release Science-programma en geleid door University Paris-Saclay Ph.D. student Marion Zannese, is vandaag gepubliceerd in Nature Astronomy .

PDRs4All is een van de 13 Early Release Science-programma's die door NASA zijn geselecteerd om de mogelijkheden van de JWST te demonstreren, waarbij een internationaal consortium wordt samengebracht.

"Het is zo indrukwekkend dat we met slechts een paar pixels aan waarnemingen, en door ons te concentreren op een paar van de lijnen, daadwerkelijk kunnen achterhalen dat er elke maand een hele oceaan aan water verdampt", zegt Peeters, mede-hoofdonderzoeker van PDRs4All en faculteitslid bij Western's Institute for Earth and Space Exploration. "Deze ontdekking was gebaseerd op een klein deel van onze spectroscopische gegevens. Het is opwindend dat we zoveel meer gegevens kunnen verzamelen en ik kan niet wachten om te zien wat we nog meer kunnen vinden."

Water is een essentieel ingrediënt voor het ontstaan ​​van leven zoals dat momenteel wordt begrepen. Op aarde werd het grootste deel van het water in onze oceanen lang vóór de geboorte van het zonnestelsel gevormd, in koude gebieden van de interstellaire ruimte bij -250°C. Een fractie van dit water had echter vernietigd en opnieuw gevormd kunnen worden bij hogere temperaturen (100–500°C) toen het zonnestelsel nog slechts een schijf van gas en stof was die rond onze jonge, opkomende zon draaide.

Om deze raadselachtige recycling van water te begrijpen, wees het internationale astronomieteam de JWST op 'd203-506', een planeetvormende schijf in de Orionnevel, een kraamkamer van planetenstelsels. De intense ultraviolette straling geproduceerd door massieve sterren leidt tot de vernietiging en hervorming van water in d203-506, waardoor het een echt interstellair laboratorium wordt.

"De James Webb-telescoop is verbazingwekkend krachtig. We hebben het niet over het vinden van een speld in een hooiberg voor deze ontdekking. Dit is een naald in een hooiberg gemaakt van naalden", zegt Cami, hoogleraar natuurkunde en astronomie en kernlid van PDRs4All.

Kwantumsprong

Een samenwerking met experts op het gebied van de kwantumdynamica van het Madrid Deep Space Communications Complex (Spanje) en het Leidse Observatorium (Nederland) was de sleutel om te begrijpen hoe de vorming en vernietiging van moleculen die zich op meer dan 1000 lichtjaar afstand bevinden, kon worden waargenomen.

Wanneer water wordt vernietigd door ultraviolet licht, komt er een hydroxylmolecuul vrij, gevolgd door de emissie van fotonen die helemaal naar de JWST reizen. In totaal wordt geschat dat het equivalent van de hoeveelheid water in de oceanen van de aarde per maand wordt vernietigd en aangevuld in het d203-506-systeem.

Maar daar eindigt het verhaal niet. Via een soortgelijk mechanisme onthult JWST dat hydroxyl, een belangrijk tussenproduct bij de vorming van water, ook in overvloed wordt geproduceerd uit atomaire zuurstof. Een deel van het water waaruit de oceanen op aarde bestaan, zou zo'n cyclus kunnen hebben doorlopen.

Meer informatie: Marion Zannese et al, OH als onderzoek naar de warmwatercyclus in planeetvormende schijven, Natuurastronomie (2024). DOI:10.1038/s41550-024-02203-0

Aangeboden door Universiteit van West-Ontario