Astronomer avslöjar en ny koppling mellan vatten och planetbildning

Planet

Forskare har hittat vattenånga i skivan runt en ung stjärna, precis där planeter kan vara på väg att bildas. Vatten är en viktig ingrediens för livet på jorden och tros också spela en viktig roll vid planetbildning, men hittills har astronomer aldrig kunnat kartlägga hur vatten fördelas i en stabil, sval disk – den typ av disk som erbjuder de mest gynnsamma förhållandena för planeter att bildas runt stjärnor.

För första gången har astronomer vägt mängden vattenånga runt en typisk planetbildande stjärna.

De nya upptäckterna möjliggjordes tack vare Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) – en samling teleskop i den chilenska Atacamaöknen. Jodrell Bank Centre for Astrophysics vid University of Manchester är värd för UK ALMA Regional Centre Node (UK ARC).

Dr Anita Richards, Senior Visiting Fellow vid University of Manchester och tidigare medlem av UK ARC, spelade en nyckelroll i gruppen som verifierade driften av mottagarsystemet ”Band 5”, vilket var avgörande för att ALMA skulle kunna producera den detaljerade bilden av vattnet.

Dr. Richards säger: ”Att direkt mäta mängden vattenånga där planeter bildas tar oss ett steg närmare att förstå hur lätt det kan vara att skapa världar med oceaner – hur mycket vatten är bundet till de agglomererande stenarna, eller tillförs det mest senare till en nästan helt formad planet? Den här typen av observationer kräver de torraste möjliga förhållandena och kan bara göras så detaljerat med ALMA-anläggningen i Chile.”

Observationerna, som idag publiceras i tidskriften Nature Astronomy, avslöjar minst tre gånger så mycket vatten som i alla jordens oceaner i den inre skivan hos den unga solliknande stjärnan HL Tauri, som ligger 450 ljusår från jorden i stjärnbilden Oxen.

Stefano Facchini, astronom vid universitetet i Milano, Italien, som ledde studien, säger: ”Jag hade aldrig föreställt mig att vi skulle kunna ta en bild av oceaner av vattenånga i samma region där en planet sannolikt håller på att bildas.”

Medförfattaren Leonardo Testi, astronom vid universitetet i Bologna, Italien, tillade: ”Det är verkligen anmärkningsvärt att vi inte bara kan upptäcka utan också fånga detaljerade bilder och rumsligt lösa upp vattenånga på ett avstånd av 450 ljusår från oss.”

Dessa observationer med ALMA, som visar detaljer så små som ett människohår på en kilometers avstånd, gör det möjligt för astronomer att bestämma fördelningen av vatten i olika regioner av skivan.

En betydande mängd vatten hittades i den region där det finns ett känt gap i HL Tauri-skivan – en plats där en planet potentiellt kan vara på väg att bildas. Radiala luckor skärs ut i gas- och dammrika skivor av unga planetliknande kroppar i omloppsbana när de samlar material och växer. Detta tyder på att denna vattenånga skulle kunna påverka den kemiska sammansättningen hos planeter som bildas i dessa regioner.

Men att observera vatten med ett markbaserat teleskop är ingen lätt uppgift eftersom den rikliga mängden vattenånga i jordens atmosfär försämrar de astronomiska signalerna.

ALMA, som drivs av Europeiska sydobservatoriet (ESO) tillsammans med sina internationella partners, ligger på cirka 5 000 meters höjd och är byggt i en hög och torr miljö för att minimera denna nedbrytning, vilket ger exceptionella observationsförhållanden. Hittills är ALMA den enda anläggningen som kan kartlägga fördelningen av vatten i en sval planetbildande skiva.

Stoftkornen som utgör en skiva är fröet till planetbildning, de kolliderar och klumpar ihop sig till allt större kroppar som kretsar kring stjärnan. Astronomerna tror att där det är tillräckligt kallt för att vatten ska kunna frysa fast på stoftpartiklar håller saker och ting ihop mer effektivt – en idealisk plats för planetbildning.

Medlemmar i UK ARC bidrar till en större uppgradering av ALMA, som tillsammans med ESO:s Extremely Large Telescope (ELT), som också kommer att vara online inom ett decennium, kommer att ge ännu tydligare bilder av planetbildning och den roll som vatten spelar i detta. I synnerhet METIS, ELT:s mid-infraröda imager och spektrograf, kommer att ge astronomerna oöverträffade vyer av de inre regionerna i planetbildande diskar, där planeter som jorden bildas.

Ytterligare information: Resolved ALMA observations of water in the inner astronomical units of the HL Tau disk, Nature Astronomy (2024). DOI: 10.1038/s41550-024-02207-w

Bli först med att kommentera

Lämna ett svar

Din e-postadress kommer inte att publiceras.