Astronomen enthüllen einen neuen Zusammenhang zwischen Wasser und Planetenentstehung

Forscher haben Wasserdampf in der Scheibe um einen jungen Stern genau dort gefunden, wo möglicherweise Planeten entstehen. Wasser ist ein Schlüsselbestandteil des Lebens auf der Erde und spielt vermutlich auch eine wichtige Rolle bei der Planetenentstehung. Bisher konnten Astronomen jedoch noch nie kartieren, wie Wasser in einer stabilen, kühlen Scheibe verteilt ist – dem Scheibentyp, der dies ermöglicht die günstigsten Bedingungen für die Bildung von Planeten um Sterne.

Zum ersten Mal haben Astronomen die Menge an Wasserdampf um einen typischen Planeten bildenden Stern gewogen.

Möglich wurden die neuen Erkenntnisse durch das Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) – eine Ansammlung von Teleskopen in der chilenischen Atacama-Wüste. Das Jodrell Bank Centre for Astrophysics der Universität Manchester beherbergt den UK ALMA Regional Centre Node (UK ARC).

Dr. Anita Richards, Senior Visiting Fellow an der University of Manchester und zuvor Mitglied des UK ARC, spielte eine Schlüsselrolle in der Gruppe, die den Betrieb des „Band 5“-Empfängersystems überprüfte, was für ALMA für die Erstellung der detaillierten Informationen von entscheidender Bedeutung war Bild des Wassers.

Dr. Richards sagte: „Die direkte Messung der Wasserdampfmenge dort, wo sich Planeten bilden, bringt uns einen Schritt näher an das Verständnis, wie einfach es sein könnte, Welten mit Ozeanen zu erschaffen – wie viel Wasser an den agglomerierenden Gesteinen haftet oder größtenteils hinzugefügt wird.“ später zu einem fast vollständig geformten Planeten? Diese Art der Beobachtung erfordert möglichst trockene Bedingungen und konnte nur mit dem ALMA-Array in Chile in solch einer Detailgenauigkeit durchgeführt werden.

Die Beobachtungen wurden heute in der Zeitschrift veröffentlicht Naturastronomie, offenbaren mindestens dreimal so viel Wasser wie in allen Ozeanen der Erde in der inneren Scheibe des jungen sonnenähnlichen Sterns HL Tauri, der sich 450 Lichtjahre von der Erde entfernt im Sternbild Stier befindet.

Stefano Facchini, ein Astronom an der Universität Mailand, Italien, der die Studie leitete, sagte: „Ich hätte nie gedacht, dass wir ein Bild von Ozeanen aus Wasserdampf in derselben Region aufnehmen könnten, in der sich wahrscheinlich ein Planet bildet.“

Co-Autor Leonardo Testi, ein Astronom an der Universität Bologna, Italien, fügte hinzu: „Es ist wirklich bemerkenswert, dass wir Wasserdampf in einer Entfernung von 450 Lichtjahren von uns nicht nur erkennen, sondern auch detaillierte Bilder aufnehmen und räumlich auflösen können.“ „

Diese Beobachtungen mit ALMA, die Details so klein wie ein menschliches Haar in einem Kilometer Entfernung zeigen, ermöglichen es Astronomen, die Verteilung von Wasser in verschiedenen Regionen der Scheibe zu bestimmen.

Eine beträchtliche Menge Wasser wurde in der Region gefunden, in der eine bekannte Lücke in der HL Tauri-Scheibe besteht – ein Ort, an dem sich möglicherweise ein Planet bilden könnte. Radiale Lücken entstehen in gas- und staubreichen Scheiben, indem junge planetenähnliche Körper umkreisen, während sie Material ansammeln und wachsen. Dies deutet darauf hin, dass dieser Wasserdampf die chemische Zusammensetzung der in diesen Regionen entstehenden Planeten beeinflussen könnte.

Die Beobachtung von Wasser mit einem bodengestützten Teleskop ist jedoch keine leichte Aufgabe, da der reichlich vorhandene Wasserdampf in der Erdatmosphäre die astronomischen Signale beeinträchtigt.

ALMA, betrieben von der Europäischen Südsternwarte (ESO) zusammen mit ihren internationalen Partnern, liegt auf etwa 5.000 Metern Höhe und wurde in einer hohen und trockenen Umgebung speziell zur Minimierung dieser Verschlechterung gebaut und bietet außergewöhnliche Beobachtungsbedingungen. Bisher ist ALMA die einzige Einrichtung, die die Wasserverteilung in einer kühlen Planetenscheibe kartieren kann.

Die Staubkörner, aus denen eine Scheibe besteht, sind die Keime der Planetenentstehung. Sie kollidieren und verklumpen zu immer größeren Körpern, die den Stern umkreisen. Astronomen glauben, dass dort, wo es kalt genug ist, dass Wasser an Staubpartikeln gefriert, die Dinge effizienter zusammenhalten – ein idealer Ort für die Planetenentstehung.

Mitglieder des britischen ARC tragen zu einer umfassenden Modernisierung von ALMA bei, die mit der Inbetriebnahme des Extremely Large Telescope (ELT) der ESO im Laufe des Jahrzehnts noch klarere Einblicke in die Planetenentstehung und die Rolle des Wassers dabei liefern wird. Insbesondere METIS, der Mittelinfrarot-ELT-Imager und -Spektrograph, wird Astronomen unvergleichliche Einblicke in die inneren Regionen von Planeten bildenden Scheiben ermöglichen, in denen sich Planeten wie die Erde bilden.