25 augustus 2019

Sneeuw in een jong planetenstelsel waargenomen

Sneeuwgrens TW Hydrae


Deze artistieke impressie van de sneeuwgrenzen rond TW Hydrae toont met bevroren water bedekte stofdeeltjes in de binnenschijf (4,5-30 astronomische eenheden; blauw) en met koolstofmonoxide-ijs bedekte deeltjes in de buitenschijf; groen). De overgang van blauw naar groen geeft de ligging van de sneeuwgrens van koolstofmonoxide aan. Door de uiteenlopende vriespunten van de verschillende chemische verbindingen worden op allerlei afstanden rond een ster sneeuwgrenzen aangetroffen.

Voor het eerst is de sneeuwgrens in een ver, jong planetenstelsel in beeld gebracht. Deze sneeuwgrens, die in de schijf rond de zonachtige ster TW Hydrae is gelokaliseerd, belooft meer duidelijkheid te geven over het ontstaan van planeten en kometen en de factoren die hun samenstelling bepalen, en over de geschiedenis van ons zonnestelsel.Astronomen die de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) gebruiken hebben voor het eerst een opname gemaakt van de sneeuwgrens in een jong planetenstelsel. Op aarde ligt de sneeuwgrens op grote hoogte, waar de temperatuur zo laag is dat het vocht in de lucht in sneeuw verandert. Deze grens is het duidelijkst te zien bij een berg: hij ligt op de plek waar de besneeuwde top overgaat in kaal gesteente.Voor de sneeuwgrenzen rond jonge sterren geldt iets vergelijkbaars: ze liggen in de verder naar buiten gelegen, koudere delen van de schijven waaruit planetenstelsels ontstaan. Van de ster uit gezien ligt de eerste sneeuwgrens op de plek waar water (H2O) bevriest. Verder naar buiten, waar de temperaturen nog lager zijn, beginnen ook andere moleculen in sneeuw te veranderen, zoals kooldioxide (CO2), methaan (CH4) en koolmonoxide (CO).

Deze opname, gemaakt door de ALMA-sterrenwacht in Chili, toont het (groen ingekleurde) gebied rond de ster TW Hydrae (aangeduid met een stip) waar zich koolstofmonoxide-sneeuw heeft gevormd. De blauwe cirkel geeft aan waar de baan van Neptunus ligt als we dit stelsel afbeelden op de schaal van ons eigen zonnestelsel. De overgang naar koolmonoxide-sneeuw kan ook de binnenste begrenzing aangeven van het gebied waar zich kleinere, ijsachtige objecten vormen, zoals kometen en dwergplaneten als Pluto en Eris.

Deze opname, gemaakt door de ALMA-sterrenwacht in Chili, toont het (groen ingekleurde) gebied rond de ster TW Hydrae (aangeduid met een stip) waar zich koolstofmonoxide-sneeuw heeft gevormd. De blauwe cirkel geeft aan waar de baan van Neptunus ligt als we dit stelsel afbeelden op de schaal van ons eigen zonnestelsel. De overgang naar koolmonoxide-sneeuw kan ook de binnenste begrenzing aangeven van het gebied waar zich kleinere, ijsachtige objecten vormen, zoals kometen en dwergplaneten als Pluto en Eris.

Deze verschillende soorten sneeuw geven de aanwezige stofdeeltjes een plakkerige coating en spelen een essentiële rol bij het samenklonteringsproces waar uiteindelijk de bouwstenen van planeten en kometen uit voortkomen. Door de vorming van sneeuw neemt ook de beschikbare hoeveelheid vaste materie toe, wat het planeetvormingsproces drastisch kan versnellen.Al die verschillende sneeuwgrenzen – van water, koolstofdioxide, methaan en koolmonoxide – houden mogelijk verband met de vorming van specifieke soorten planeten [1]. Rond een zonachtige ster in een planetenstelsel als het onze zou de sneeuwgrens van water ergens tussen de banen van Mars en Jupiter liggen, en die van koolmonoxide bij de baan van Neptunus.De sneeuwgrens die met ALMA is waargenomen is de eerste glimp van de sneeuwgrens van koolmonoxide rond TW Hydrae, een jonge ster op 175 lichtjaar van de aarde. Astronomen denken dat dit planetenstelsel-in-wording veel overeenkomsten vertoont met ons zonnestelsel, toen dit nog maar een paar miljoen jaar oud was. Dit zou ons meer kunnen vertellen over de vroege periode in de geschiedenis van ons zonnestelsel.De aanwezigheid van koolmonoxidesneeuw kan er overigens op wijzen dat het niet bij planeetvorming blijft. koolmonoxide-ijs is nodig voor de vorming van methanol, dat op zijn beurt weer een bouwsteen is van de complexere organische moleculen die essentieel zijn voor het ontstaan van leven. Als kometen deze moleculen naar pas gevormde aardse planeten overbrengen, worden deze planeten voorzien van de bestanddelen die noodzakelijk zijn voor leven.

frostline solar system

Tot nu toe waren zulke sneeuwgrenzen nog nooit rechtstreeks in beeld gebracht, omdat ze altijd in het relatief dunne centrale vlak van een protoplanetaire schijf liggen, waardoor hun exacte positie en omvang niet kon worden vastgesteld. Boven en onder dit vlak wordt de ijsvorming gehinderd door de straling van de ster. Alleen in het centrale vlak, dat door de hoge concentraties stof en gas tegen de straling wordt beschermd, kunnen de temperaturen laag genoeg zijn om koolmonoxide en andere gassen te laten bevriezen.Dit team van astronomen is er met een trucje in geslaagd om diep in de schijf rond TW Hydrae te kijken. Ze zochten niet naar de sneeuw zelf – die is niet rechtstreeks waarneembaar – maar naar een molecuul dat diazenylium (N2H+) wordt genoemd. Dit molecuul zendt straling uit in het millimetergebied van het spectrum en is dus een perfect doelwit voor een telescoop als ALMA. Op plaatsen waar koolmonoxidegas aanwezig is, worden deze moleculen gemakkelijk afgebroken: ze zijn dus alleen waarneembaar in gebieden waar koolmonoxide in sneeuw is veranderd en de moleculen met rust worden gelaten. Daarmee verandert de jacht op koolmonoxidesneeuw dus in een speurtocht naar diazenylium.Dankzij ALMA’s unieke gevoeligheid en beeldscherpte konden de astronomen de aanwezigheid van diazenylium aantonen. Daarbij ontdekten ze een scherpe begrenzing op ongeveer dertig astronomische eenheden van TW Hydrae (30 keer de afstand zon-aarde). Dat is precies de afstand waar de temperatuur van het schijfmateriaal zo laag is dat koolmonoxide naar verwachting snel bevriest. De binnenrand van de diazenyliumgordel geeft dus de ligging van de sneeuwgrens van koolmonoxide aan. Bron: European Southern Observatory

Speak Your Mind

*

Deze website gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.