Astronomen ontdekken nieuw verband tussen water en planeetvorming

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 bevindingen¹ zijn gebaseerd op gegevens van de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array.

‘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 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 op 450 lichtjaar van ons vandaan,’ voegt medeauteur Leonardo Testi, astronoom aan de Universiteit van Bologna (Italië) toe. De ALMA-waarnemingen hebben astronomen in staat gesteld om de verdeling van water in verschillende delen van de schijf rond HL Tauri te meten.

Scheiding

Er is een aanzienlijke hoeveelheid water gevonden in het gebied waar zich een ringvormige leemte in de schijf van HL Tauri bevindt. Zo’n concentrische ‘scheiding’ in een schijf van gas en stof wordt uitgesleten door om de ster cirkelende jonge, planeetachtige objecten, die zo materiaal verzamelen en aangroeien.

‘Onze opnamen laten een aanzienlijke hoeveelheid waterdamp zien op verschillende afstanden van de ster, waaronder een leemte 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 gebieden als deze 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 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. Momenteel is dit de enige waarneemfaciliteit op aarde die in staat is om het signaal van water in een koele planeet-vormende schijf te onderscheiden.

‘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 aan stofdeeltjes te laten ‘aanvriezen’, alles beter aan elkaar blijft plakken – een ideale omgeving 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,’ aldus Facchini.

Noten

1. Nature Astronomy, 29 februari