27.03.2024

Zusammenhang zwischen Wasser und Planetenbildung

Wasserdampf in der Scheibe um einen jungen Stern gefunden – genau dort, wo möglicherweise Planeten entstehen.

Wasser ist ein wichtiger Bestandteil des Lebens auf der Erde und spielt vermutlich auch eine wichtige Rolle bei der Planetenentstehung. Bisher konnten Astronomen jedoch die Verteilung von Wasser in einer stabilen, kühlen Scheibe um einen jungen Stern nicht bestimmen – also der Art von Scheibe, die die günstigsten Bedingungen für die Bildung von Planeten um Sterne bietet. Jetzt gelang es einem internationalen Team mithilfe des Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array Wasserdampf in der Scheibe um einen jungen Stern nachzuweisen, und zwar genau dort, wo sich möglicherweise Planeten bilden.

Abb.: Wassserdampf (blau) in der HL-Tauri-Scheibe.
Abb.: Wassserdampf (blau) in der HL-Tauri-Scheibe. In der Nähe des Zentrums der Scheibe, wo sich der junge Stern befindet, ist die Umgebung heißer und das Gas heller. Die rot gefärbten Ringe zeigen die Verteilung von Staub um den Stern.
Quelle: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO) / S. Facchini et al.

„Ich hätte nie gedacht, dass wir ein Bild von Ozeanen aus Wasserdampf in der gleichen Region aufnehmen können, in der sich wahrscheinlich ein Planet bildet“, sagt Teamleiter Stefano Facchini von der Uni Mailand. Die Beobachtungen zeigen, dass in der inneren Scheibe des jungen sonnenähnlichen Sterns HL Tauri, der sich 450 Lichtjahre von der Erde entfernt im Sternbild Stier befindet, mindestens dreimal so viel Wasser wie in allen Ozeanen der Erde vorhanden ist.

„Es ist wirklich bemerkenswert, dass wir Wasserdampf in einer Entfernung von 450 Lichtjahren nicht nur nachweisen, sondern auch detailliert abbilden und räumlich auflösen können“, fügt Leonardo Testi von der Uni Bologna hinzu. Die räumlich aufgelösten Beobachtungen mit ALMA ermöglichen es den Astronomen, die Verteilung von Wasser in verschiedenen Regionen der Scheibe zu bestimmen.

In der Gegend einer bekannten Lücke in der HL-Tauri-Scheibe wurde eine beträchtliche Menge an Wasser gefunden. Ringähnliche Lücken werden in gas- und staubreichen Scheiben von jungen, planetenähnlichen Körpern geschaffen, die auf ihrer Umlaufbahn Material ansammeln und wachsen. „Unsere jüngsten Bilder zeigen eine beträchtliche Menge an Wasserdampf in einer Reihe von Entfernungen vom Stern, die eine Lücke einschließen, in der sich möglicherweise gerade ein Planet bildet“, sagt Facchini. Das legt nahe, dass dieser Wasserdampf die chemische Zusammensetzung von Planeten beeinflussen könnte, die sich in diesen Regionen bilden.

Die Beobachtung von Wasser mit einem bodengebundenen Teleskop ist keine leichte Aufgabe, da der reichlich vorhandene Wasserdampf in der Erdatmosphäre die astronomischen Signale abschwächt. ALMA ist eine Anordnung von Teleskopen in der chilenischen Atacama-Wüste auf etwa fünftausend Metern Höhe. Sie wurde speziell in einer hohen und trockenen Umgebung gebaut, um diese Beeinträchtigung zu minimieren und außergewöhnliche Beobachtungsbedingungen zu schaffen.

So konnten die Forscher beobachten, wie Wassermoleküle aus eisigen Staubpartikeln freigesetzt werden. Diese Staubkörner, aus denen sich eine Scheibe zusammensetzt, sind die Keimzelle für die Entstehung von Planeten. Während sie den Stern umkreisen, kollidieren und verklumpen sie zu immer größeren Körpern. In dieser Region einer Scheibe ist es kalt genug, damit Wasser auf den Staubpartikeln gefrieren kann, so dass die Partikel besser zusammenkleben – ein idealer Ort für die Planetenbildung. „Unsere Ergebnisse zeigen, wie die Anwesenheit von Wasser die Entwicklung eines Planetensystems beeinflussen kann, so wie es vor etwa 4,5 Milliarden Jahren in unserem eigenen Sonnensystem der Fall war“, fügt Facchini hinzu.

Mit dem Ausbau von ALMA und dem Extremely Large Telescope der ESO, die in den nächsten zehn Jahren verfügbar sein werden, werden die Planetenentstehung und die Rolle, die Wasser dabei spielt, genauer denn je untersucht werden können. Insbesondere METIS, der Mid-infrared ELT Imager and Spectrograph, wird den Astronomen einen unvergleichlichen Blick auf die inneren Regionen der Planeten bildenden Scheiben ermöglichen, wo Planeten wie die Erde entstehen.

MPIA / ESO / RK

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