Astronomen ontdekken nieuw verband tussen water en planeetvorming

Onderzoekers hebben waterdamp ontdekt in de schijf rond een jonge ster, precies op de plek waar mogelijk planeten worden gevormd. Water is een onmisbaar ingrediënt voor het leven op aarde, en vermoed wordt dat het ook een belangrijke rol speelt bij de vorming van planeten. Maar tot nu toe was het nog nooit gelukt om in kaart te brengen hoe water is verdeeld in een stabiele, koele schijf – het soort schijf dat de gunstigste omstandigheden biedt voor de planeetvorming rond sterren. De nieuwe bevindingen zijn te danken aan de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), waarin de Europese Zuidelijke Sterrenwacht (ESO) partner is.

Water in de schijf van HL Tauri. Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/S. Facchini et al.

‘Ik had nooit gedacht dat we een opname konden maken van oceanen van waterdamp in hetzelfde gebied waar waarschijnlijk een planeet wordt gevormd,’ zegt Stefano Facchini, astronoom aan de Universiteit van Milaan (Italië), die leiding gaf aan het onderzoek waarvan de resultaten vandaag in Nature Astronomy zijn gepubliceerd. De waarnemingen laten zien dat de binnenschijf van de jonge zonachtige ster HL Tauri, die op een afstand van 450 lichtjaar in het sterrenbeeld Stier staat, minstens drie keer zoveel water bevat als alle oceanen op aarde bij elkaar.

‘Het is echt opmerkelijk dat we niet alleen waterdamp kunnen detecteren, maar ook detailrijke beelden kunnen vastleggen, en ruimtelijk kunnen oplossen, op 450 lichtjaar van ons vandaan,’ voegt medeauteur Leonardo Testi, astronoom aan de Universiteit van Bologna (Italië) toe. De ‘ruimtelijk opgeloste’ waarnemingen met ALMA stellen astronomen in staat om de verdeling van water in verschillende delen van de schijf te meten. ‘Meedoen aan zo’n belangrijke ontdekking in de befaamde schijf van HL Tauri was meer dan ik ooit had verwacht voor mijn eerste onderzoekservaring in de sterrenkunde,’ aldus Mathieu Vander Donckt van de Universiteit van Luik, die nog masterstudent was toen hij aan het onderzoek deelnam.

ALMA-opname van de protoplanetaire schijf rond HL Tauri. Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)

Er is een aanzienlijke hoeveelheid water gevonden in het gebied waar zich een bekende holte in de HL Tauri-schijf bevindt. Ringvormige gaten worden uitgesleten in gas- en stofrijke schijven door rondcirkelende jonge planeetachtige objecten terwijl deze materiaal verzamelen en aangroeien. ‘Onze recente beelden laten een aanzienlijke hoeveelheid waterdamp zien op verschillende afstanden van de ster, waaronder een opening waar zich op dit moment mogelijk een planeet vormt,’ zegt Facchini. Dit wijst erop dat deze waterdamp van invloed kan zijn op de chemische samenstelling van planeten die zich in die gebieden vormen.

Het opsporen van water met behulp van een telescoop op aarde is geen gemakkelijke opgave, omdat de vele waterdamp in de atmosfeer van onze planeet de straling die ALMA oppikt, verstoort. ALMA, die wordt beheerd door ESO en haar internationale partners, is een opstelling van tientallen radioschotels op ongeveer 5000 meter hoogte in de Chileense Atacama-woestijn die met opzet op deze hoge en droge locatie is neergezet om zo min mogelijk last te hebben van de waterdamp in de aardatmosfeer.

Overzichtsfoto van het hemelgebied rond de jonge ster HL Tauri. Credit: ESO/Digitized Sky Survey 2

‘Tot op heden is ALMA de enige faciliteit die in staat is om het signaal van water in een koele planeet-vormende schijf te onderscheiden,’ zegt medeauteur Wouter Vlemmings, hoogleraar aan de Chalmers University of Technology in Zweden ^[1]Bij de nieuwe waarnemingen is gebruikgemaakt van de Band 5- en Band 7-ontvangers van ALMA. Band 5 is ontwikkeld door Chalmers, NOVA (Nederlandse Onderzoekschool voor Astronomie) en IRAM (Institut de … Lees verder.

‘Het is echt heel spannend om op een opname te zien hoe watermoleculen vrijkomen uit ijzige stofdeeltjes,’ zegt ESO-astronoom Elizabeth Humphreys, die eveneens aan het onderzoek heeft meegewerkt. De stofdeeltjes in een schijf fungeren als kiemen voor de vorming van planeten. Ze botsen op elkaar en klonteren samen tot steeds grotere brokstukken die om de ster draaien. Astronomen denken dat waar het koud genoeg is om water te laten aanvriezen aan stofdeeltjes, alles beter aan elkaar blijft plakken – een ideale plek voor de vorming van planeten. ‘Onze resultaten laten zien dat de aanwezigheid van water de ontwikkeling van een planetenstelsel kan beïnvloeden, net zoals dat zo’n 4,5 miljard jaar geleden in ons eigen zonnestelsel gebeurde,’ voegt Facchini toe.

HL Tauri in het sterrenbeeld Stier. Credit: ESO, IAU and Sky & Telescope

Met de komende upgrades van ALMA en de komst van ESO’s Extremely Large Telescope (ELT), die nog dit decennium in bedrijf wordt genomen, zal de vorming van planeten, en de rol die water daarbij speelt, alleen maar duidelijker worden. Met name METIS – de ‘Mid-infrared ELT Imager and Spectrograph’ – zal astronomen een ongeëvenaarde blik bieden in de binnenste regionen van planeet-vormende schijven, waar aarde-achtige planeten kunnen ontstaan.

De resultaten van dit onderzoek zijn te vinden in een artikel met de titel ‘Resolved ALMA observations of water in the inner astronomical units of the HL Tau disk’, dat in Nature Astronomy verschijnt (doi:10.1038/s41550-024-02207-w).

Bron: ESO.

Gerelateerde Astroblogs:

Astronomen ontdekken voor het eerst schijf rond ster in ander sterrenstelsel Puinwolk van twee botsende ijsplaneten dimt licht moederster Voor het eerst is een protoster ontdekt die z’n geboorteplek verlaat