Waar komt het water op aarde vandaan? Dat is een lastige puzzel. En een missend puzzelstukje hebben onderzoekers nu op zo’n 1300 lichtjaar van de aarde teruggevonden.
De aarde beschikt over grote hoeveelheden water, waarvan in ieder geval een deel door kometen op de aarde lijkt te zijn afgezet. Maar hoe kwamen die kometen dan aan water? Dat bleef in nevelen gehuld. Tot nu. Want wetenschappers hebben nu in de gas- en stofschijf rond een jonge ster op zo’n 1300 lichtjaar van de aarde water aangetroffen dat qua samenstelling sterk lijkt op het water dat we op kometen in ons zonnestelsel vinden. Het wijst erop dat de kometen in het zonnestelsel hun water verzamelden in een vergelijkbare gas- en stofschijf rond de zon. En aangezien die stofschijf een restant was van een interstellaire gas- en stofwolk, ouder dan de zon zelf, moet ook dat water ouder zijn dan onze moederster. “Dit is een bevestiging van het idee dat het water in planetenstelsels miljarden jaren geleden, dus vóór de zon, in de interstellaire ruimte is gevormd en relatief onveranderd door zowel kometen als de aarde is geërfd,” aldus onderzoeker John Tobin.
Hoe zit het precies?
In de interstellair ruimte vinden we grote gas- en stofwolken die soms onder invloed van hun eigen zwaartekracht ineenstorten en zo in hun centrum een protoster vormen. Rond die protoster bevindt zich dan een schijf, opgebouwd uit resterend gas en stof. Het materiaal in die schijf klontert in de loop van miljoenen jaren samen en vormt zo planetoïden, kometen en uiteindelijk ook planeten.
Eerder toonden onderzoekers aan dat er in de koude en ijle interstellaire wolken al water te vinden is, en wel in de vorm van ijs op piepkleine stofdeeltjes. Wanneer de stofwolk deels ineenstort en een nieuwe ster vormt, blijft het water vrijwel onaangetast. Daarmee was bewezen dat water vanuit de interstellaire ruimte deel uit kan gaan maken van de gas- en stofschijf rond een jonge ster. Het leek aannemelijk dat kometen tijdens hun vorming in die gas- en stofschijf een deel van dat (uit de interstellaire wolk afkomstige) water incorporeerden en dat vervolgens weer op planeten afzetten. Voor die laatste stap – kometen die water afzetten op planeten – was wel bewijs, maar het lukte onderzoekers niet om het water op de kometen overtuigend te linken aan interstellair water in de gas- en stofschijf rond protosterren te vinden is. Het nieuwe onderzoek brengt daar verandering in.
V883 Orionis
De onderzoekers keken daartoe naar de gas- en stofschijf rond de jonge ster V883 Orionis. Met behulp van ALMA stelden ze de samenstelling van het water in deze gas- en stofschijf vast (zie kader).
Een analyse van het water in de gas- en stofschijf rond V883 Orionis wijst nu uit dat de samenstelling van dat water sterk lijkt op de samenstelling van water op kometen in ons zonnestelsel. Daarnaast blijkt de schijf ook grote hoeveelheden water te bevatten: genoeg om de oceanen op aarde 1200 keer mee te vullen.
Ons zonnestelsel
Het feit dat het water in de gas- en stofschijf qua samenstelling overeenkomsten vertoont met het water op kometen, is veelzeggend. Het wijst erop dat het water dat nu in de gas- en stofschijf rond V883 Orionis te vinden is – en dat zijn oorsprong vindt in de interstellaire wolk die eerder V883 Orionis baarde – in de toekomst door kometen die in die gas- en stofschijf ontstaan, zal worden opgepikt om mogelijk nog wat later door die kometen op eveneens in die gas- en stofschijf geboren planeten te worden afgezet. En als dat daar zo gaat, is dat waarschijnlijk in ons zonnestelsel ook zo gegaan. En dat zou betekenen dat het water op aarde eveneens uit het interstellaire medium afkomstig is en dus ouder is dan onze moederster. “Dit betekent dat het water in ons zonnestelsel gevormd werd, lang voor de zon, planeten en kometen gevormd werden,” stelt onderzoeker Merel van ‘t Hoff. “We wisten al dat er veel waterijs in het interstellaire medium zit. Onze resultaten laten zien dat dit water tijdens de vorming van het zonnestelsel ook direct daar in is opgenomen. Dat is opwindend, omdat het suggereert dat andere planetaire systemen ook grote hoeveelheden water hebben ontvangen.”
Missend puzzelstukje
“Hiervoor konden we de aarde linken aan kometen en protosterren aan het interstellaire medium, maar we konden de protosterren niet aan de kometen linken,” aldus Tobin. “V883 Orionis heeft dat veranderd en bewezen dat watermoleculen in dat systeem en ons zonnestelsel dezelfde verhouding deuterium en waterstof hebben (…) We kunnen de oorsprong van het water in ons zonnestelsel nu herleiden tot vóór de vorming van de zon,” concludeert Tobin.
IJs
Gemakkelijk was dat overigens niet. Het meeste water in gas- en stofschijven rond jonge sterren is namelijk bevroren en daardoor veel lastiger zichtbaar dan gasvormig water. Gasvormig water kan door instrumenten als ALMA gedetecteerd worden dankzij de straling die moleculen uitzenden als ze ronddraaien en trillen. Maar als water bevroren is, bewegen de moleculen minder en worden ze als het ware aan het zicht onttrokken. Natuurlijk is er wel gasvormig water in planeetvormende gas- en stofschijven te vinden, maar dat bevindt zich in het midden van de schijf, waar het warmer is. Dergelijke gebieden worden echter door de schijf zelf weer aan het zicht onttrokken en zijn bovendien te klein om door onze huidige telescopen te worden gespot. Dat het onderzoekers nu toch gelukt is om gasvormig water in een planeetvormende schijf waar te nemen en de samenstelling ervan vast te stellen, is te danken aan het feit dat de schijf rond V883 Orionis door een krachtige uitbarsting van de ster ongewoon warm is.
Astronomen zijn zeker nog niet klaar met V883 Orionis. Ze hopen deze in de toekomst ook met de in aanbouw zijnde Extremely Large Telescope te bestuderen. Deze telescoop wordt uitgerust met een middel-infraroodinstrument (METIS) dat gasvormig water in dit soort schijven kan onderscheiden en hopelijk ook een gedetailleerder beeld kan geven van hoe het vanuit die sterren-vormende wolken uiteindelijk in planetenstelsels terechtkomt.
