Astronomer afslører en ny sammenhæng mellem vand og planetdannelse

Forskere har fundet vanddamp i skiven omkring en ung stjerne, præcis hvor planeter kan dannes. Vand er en nøgleingrediens for liv på Jorden og menes også at spille en væsentlig rolle i planetdannelsen, men indtil nu har astronomer aldrig været i stand til at kortlægge, hvordan vand er fordelt på en stabil, kølig skive - den type skive, der tilbyder de mest gunstige betingelser for, at planeter kan dannes omkring stjerner.

For første gang har astronomer vejet mængden af ​​vanddamp omkring en typisk planetdannende stjerne.

De nye fund blev gjort mulige takket være Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) - en samling af teleskoper i den chilenske Atacama-ørken. University of Manchesters Jodrell Bank Center for Astrophysics er vært for UK ALMA Regional Center Node (UK ARC).

Dr. Anita Richards, Senior Visiting Fellow ved University of Manchester og tidligere medlem af UK ARC, spillede en nøglerolle i gruppen, der verificerede funktionen af ​​"Band 5"-modtagersystemet, hvilket var essentielt for ALMA at producere den detaljerede billede af vandet.

Dr. Richards sagde:"Direkte måling af mængden af ​​vanddamp, hvor planeterne dannes, tager os et skridt tættere på at forstå, hvor nemt det kunne være at skabe verdener med oceaner - hvor meget vand der er knyttet til de agglomererende klipper, eller er det for det meste tilføjet senere til en næsten fuldt dannet planet. Denne form for observation har brug for de tørrest mulige forhold og kunne kun udføres så detaljeret ved hjælp af ALMA-arrayet i Chile."

Observationerne, offentliggjort i dag i tidsskriftet Nature Astronomy, afsløre mindst tre gange så meget vand som i alle Jordens oceaner i den indre skive af den unge sollignende stjerne HL Tauri, der ligger 450 lysår væk fra Jorden i stjernebilledet Tyren.

Stefano Facchini, en astronom ved universitetet i Milano, Italien, der ledede undersøgelsen, sagde:"Jeg havde aldrig forestillet mig, at vi kunne tage et billede af oceaner af vanddamp i den samme region, hvor en planet sandsynligvis dannes."

Medforfatter Leonardo Testi, en astronom ved universitetet i Bologna, Italien, tilføjede:"Det er virkelig bemærkelsesværdigt, at vi ikke kun kan opdage, men også fange detaljerede billeder og rumligt opløse vanddamp i en afstand af 450 lysår fra os. "

Disse observationer med ALMA, som viser detaljer så små som et menneskehår på en kilometers afstand, gør det muligt for astronomer at bestemme fordelingen af ​​vand i forskellige områder af skiven.

En betydelig mængde vand blev fundet i området, hvor der findes et kendt hul i HL Tauri-skiven - et sted, hvor en planet potentielt kunne dannes. Radiale huller er skåret ud i gas- og støvrige skiver ved at kredse om unge planetlignende kroppe, mens de samler materiale og vokser. Dette tyder på, at denne vanddamp kan påvirke den kemiske sammensætning af planeter, der dannes i disse områder.

Men at observere vand med et jordbaseret teleskop er ingen ringe bedrift, da den rigelige vanddamp i Jordens atmosfære nedbryder de astronomiske signaler.

ALMA, der drives af European Southern Observatory (ESO), sammen med sine internationale partnere, sidder i omkring 5.000 meters højde og er bygget i et højt og tørt miljø specifikt for at minimere denne nedbrydning, hvilket giver exceptionelle observationsforhold. Til dato er ALMA det eneste anlæg, der er i stand til at kortlægge fordelingen af ​​vand i en kølig planetdannende skive.

Støvkornene, der udgør en skive, er frøene til planetdannelse, der kolliderer og klumper sig til stadig større kroppe, der kredser om stjernen. Astronomer mener, at hvor det er koldt nok til, at vand kan fryse fast på støvpartikler, hænger tingene mere effektivt sammen - et ideelt sted for planetdannelse.

Medlemmer af UK ARC bidrager til en større opgradering af ALMA, som med ESO's Extremely Large Telescope (ELT), der også kommer online inden for tiåret, vil give endnu klarere visninger af planetens dannelse og den rolle, vand spiller i den. Især METIS, den midt-infrarøde ELT Imager og Spectrograph, vil give astronomer uovertruffen udsigt over de indre områder af planetdannende skiver, hvor planeter som Jorden dannes.

Flere oplysninger: Opløste ALMA-observationer af vand i de indre astronomiske enheder på HL Tau-skiven, Nature Astronomy (2024). DOI:10.1038/s41550-024-02207-w

Journaloplysninger: Naturastronomi

Leveret af University of Manchester