Met deuterium verrijkt water verbindt protoplanetaire schijven met kometen en protosterren
Astronomen hebben met behulp van de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) gasvormig water gedetecteerd in de planeetvormende schijf rond V883 Orionis. Dit is een protoster ongeveer 1305 lichtjaar van ons verwijderd in de richting van het sterrenbeeld Orion. Dit water draagt een chemische handtekening die de reis van water verklaard van stervormende gaswolken naar planeten en ondersteunt het idee dat water op Aarde ouder is dan de Zon.
Water bestaat gewoonlijk uit een zuurstofatoom en twee waterstofatomen. De onderzoekers bestudeerden een iets zwaardere vorm van water waarbij een van de waterstofatomen is vervangen door deuterium, een zwaardere isotoop van waterstof.
Omdat gewoon en zwaar water onder verschillende condities ontstaan kan hun verhouding worden gebruikt om na te gaan wanneer en waar het water is ontstaan.
Er is bijvoorbeeld aangetoond dat deze verhouding in sommige kometen in het zonnestelsel vergelijkbaar is met die in water op Aarde, wat suggereert dat kometen mogelijk water aan de Aarde hebben geleverd.
Volgens de onderzoekers kan het pad van water door het heelal als een spoor worden gezien. Men weet hoe de eindpunten eruit zien, namelijk water op planeten en in kometen, maar men wil dat spoor terugvolgen naar de oorsprong van water.
Vroeger kon men de Aarde koppelen aan kometen en protosterren aan interstellair medium, maar men kon niet protosterren koppelen aan kometen.
V883 Ori heeft dat veranderd en heeft bewezen dat de watermoleculen in dat systeem en in ons zonnestelsel een vergelijkbare verhouding van deuterium en waterstof hebben
Het waarnemen van water in circumstellaire schijven rond protosterren is moeilijk omdat in de meeste systemen water aanwezig is in de vorm van ijs.
Wanneer astronomen protosterren waarnemen, zoeken ze naar de watersneeuwgrens of ijslijn. Dit is de plaats waar water overgaat van overwegend ijs naar gas. Dit gas kan met behulp van radioastronomie gedetailleerd worden waargenomen.
Als de sneeuwgrens te dicht bij de ster ligt is er niet genoeg gasvormig water om gemakkelijk te kunnen worden gedetecteerd en kan de stoffige schijf een groot deel van de wateremissie blokkeren. Maar als de sneeuwgrens verder van de ster ligt is er voldoende gasvormig water om waarneembaar te zijn. Dit is het geval met V883 Ori.
De schijf van V883 Ori is behoorlijk massief en net zo heet dat het water erin van ijs in gas veranderd. Dit maakt deze protoster een ideaal doelwit voor het bestuderen van de groei en evolutie van planetaire systemen op radiogolflengten.
Volgens de onderzoekers benadrukt deze waarneming de geweldige mogelijkheden van ALMA om astronomen te helpen bij het bestuderen van iets dat van vitaal belang is voor het leven op Aarde: water.
Een goed begrip van de onderliggende processen die belangrijk zijn voor ons op Aarde, gezien in verder weg gelegen gebieden van ons sterrenstelsel, kot ook onze kennis ten goede van hoe de natuur in het algemeen werkt, en de processen die moesten plaatsvinden voordat ons zonnestelsel zich ontwikkelde tot hoe we het vandaag de dag kennen.
Om het water in de protoplanetaire schijf van V883 Ori te verbinden met dat in ons eigen zonnestelsel, maten de astronomen de samenstelling ervan op met behulp van ALMA en ontdekten ze dat deze relatief onveranderd blijft tussen elk stadium van de vorming van ons zonnestelsel: protoster, protoplanetaire schijf en kometen.
Dit betekent dat het water in ons zonnestelsel veel ouder is dan de Zon, planeten en kometen. Astronomen weten dat er veel waterijs voorkomt in het interstellaire medium. Deze resultaten tonen aan dat dit water direct in ons zonnestelsel is opgenomen tijdens zijn ontstaan.
Dit is opwindend omdat het suggereert dat andere planetaire systemen ook grote hoeveelheden water zouden moeten hebben ontvangen. Hoewel wordt aangenomen dat de Zon is ontstaan in een dichte sterrenhoop en V883 Ori relatief geïsoleerd is zonder sterren in de buurt, hebben de twee één cruciaal ding gemeen: ze werden beide gevormd in gigantische moleculaire wolken.
Het is bekend dat het grootste deel van het water in het interstellaire medium als ijs wordt gevormd op de oppervlakken van kleine stofdeeltjes in de wolken. Als die wolken onder hun eigen zwaartekracht instorten en jonge sterren maken eindigt dit water in de schijven om hen heen.
Uiteindelijk evolueren de schijven en klonteren de ijzige stofdeeltjes samen om een nieuw zonnestelsel te vormen met planeten en kometen.
De bevindingen zijn gepubliceerd in het tijdschrift Nature. Aam het onderzoek hebben o.a. de Nederlandse astronomen Merel van ’t Hoff (universiteit van Michigan) en Margot Leemker (universiteit Leiden) meegewerkt.
Artikel: J.J. Tobin et al. 2023. Deuterium-enriched water ties planet-forming disks to comets and protostars. Nature 615, 227-230; doi: 10.1038/s41586-022-05676-z
Eerste publicatie: 11 maart 2023
Bron: sci-news
