Entsperrung des kosmischen Rezepts für die Planetenbildung

In der Scheibe um den jungen Stern HL Tauri haben Wissenschaftler erhebliche Mengen Wasserdampf entdeckt, was auf das Vorhandensein von Wasser in Gebieten hindeutet, in denen sich Planeten bilden. Diese durch das ALMA-Teleskop in Chile ermöglichte Entdeckung ist das erste Mal, dass Astronomen Wasserdampf in einer kühlen, stabilen Scheibe messen konnten, die die Planetenentstehung begünstigt. Solche Erkenntnisse könnten unser Wissen darüber, wie lebenserhaltende Planeten entstehen, erheblich erweitern. (Siehe Konzept des Künstlers.) Bildnachweis: SciTechDaily.com

In einer Scheibe um einen jungen Stern haben Wissenschaftler Wasserdampf genau dort identifiziert, wo sich möglicherweise Planeten bilden.

Wasser, das für das Leben auf der Erde von entscheidender Bedeutung ist und vermutlich eine bedeutende Rolle bei der Planetenentstehung spielt, wurde bisher noch nie in einer stabilen, kühlen Scheibe kartiert – dem idealen Scheibentyp für die Bildung von Planeten um Sterne.

Zum ersten Mal konnten Astronomen die Menge an Wasserdampf in der Nähe eines Planeten, der einen Stern bildet, messen.

Möglich wurde diese Forschung durch das Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), eine Gruppe von Teleskopen in der chilenischen Atacama-Wüste. Der UK ALMA Regional Centre Node (UK ARC), der die britischen Astronomen, die ALMA nutzen, unterstützt, wird vom Jodrell Bank Centre for Astrophysics der Universität Manchester betrieben.

Dr. Anita Richards, Senior Visiting Fellow an der University of Manchester und ehemaliges britisches ARC-Mitglied, spielte eine entscheidende Rolle bei der Bestätigung, dass das „Band 5“-Empfängersystem ordnungsgemäß funktionierte, was für ALMA von entscheidender Bedeutung war, um ein detailliertes Bild davon zu erstellen das Wasser.

Dr. Richards kommentierte: „Die direkte Messung der Wasserdampfmenge in Gebieten, in denen sich Planeten bilden, bringt uns dem Verständnis, wie einfach es sein könnte, Welten mit Ozeanen zu erschaffen, einen Schritt näher. Diese Art der Beobachtung erfordert möglichst trockene Bedingungen und das ALMA.“ Array in Chile war das einzige, das in der Lage war, solch detaillierte Informationen zu liefern.“

In der Scheibe, die einen jungen Stern umgibt, haben Astronomen Wasserdampf genau dort identifiziert, wo sich möglicherweise Planeten bilden. Auf diesem Foto des Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) erscheint ein detailliertes Bild des Wasserdampfs in Blautönen. In der Mitte der Scheibe, näher am jungen Stern, wo die Temperaturen höher sind, ist das Gas heller. Die früheren ALMA-Beobachtungen, die die Staubverteilung um den Stern zeigen, erscheinen als rote Ringe. Bildnachweis: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/S. Facchini et al.

Die in der Fachzeitschrift „Nature Astronomy“ veröffentlichte Forschung enthüllt dreimal mehr Wasser als in allen Ozeanen der Erde in der inneren Scheibe des jungen, sonnenähnlichen Sterns HL Tauri, der 450 Lichtjahre von der Erde entfernt im Sternbild Stier liegt.

Stefano Facchini, ein Astronom an der Universität Mailand, Italien, der die Studie leitete, erklärte: „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 des Wassers 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. Junge, planetenähnliche Körper, die umkreisen und Material ansammeln, erzeugen radiale Lücken in gas- und staubreichen Scheiben und vergrößern so deren Größe. Dies deutet darauf hin, dass dieser Wasserdampf die chemische Zusammensetzung der in diesen Regionen entstehenden Planeten beeinflussen könnte.

Allerdings ist die Beobachtung von Wasser mit einem bodengestützten Teleskop eine anspruchsvolle Aufgabe, da der reichlich vorhandene Wasserdampf in der Erdatmosphäre die astronomischen Signale beeinträchtigt.

ALMA wird von der Europäischen Südsternwarte (ESO) in Zusammenarbeit mit ihren internationalen Partnern betrieben und befindet sich auf einer Höhe von etwa 5000 Metern in einer hohen und trockenen Umgebung, um diese Verschlechterung zu minimieren und außergewöhnliche Bedingungen für die Beobachtung zu bieten. Bisher ist ALMA die einzige Einrichtung, die die Wasserverteilung in einer kühlen Planetenscheibe kartieren kann.

Die Staubpartikel, aus denen eine Scheibe besteht, sind die Ausgangspunkte der Planetenentstehung. Sie kollidieren und aggregieren 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 perfekter Ort für die Planetenentstehung.