De waarnemingen bevestigen wat onderzoekers al langer vermoeden, namelijk dat water weleens een belangrijke rol kan spelen in de vorming van planeten.
Voor het onderzoek maakten de wetenschappers gebruik van de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (kortweg ALMA) in Chili. Met behulp van de telescoop keken ze naar de jonge zonachtige ster HL Tauri, die op zo’n 450 lichtjaar afstand van de aarde staat. Rond deze ster bevindt zich een zogenoemde protoplanetaire schijf, gevuld met materie waaruit uiteindelijk planeten gevormd kunnen worden. Met behulp van ALMA gingen onderzoekers in die schijf op zoek naar water. En ze kwamen niet bedrogen uit; in het blad Nature Astronomy schrijven de wetenschappers dat ze grote hoeveelheden waterdamp hebben gevonden en ook nog eens precies op de plekken waar mogelijk planeten gevormd worden. “We hebben het water niet alleen gedetecteerd – dat hebben onderzoekers overigens al eerder gedaan – maar ook vrij exact vastgesteld waar het zich in de schijf bevindt,” legt onderzoeker Mathieu van der Donckt aan Scientias.nl uit.
Planeetvorming
Zo onthullen de waarnemingen dat het binnenste deel van de protoplanetaire schijf minstens drie keer zoveel water bevat als alle oceanen op aarde. En een aanzienlijke hoeveelheid van dat water bevindt zich in een deel van de schijf waar we ook een vrij bekende holte in die schijf aantreffen. Dergelijke holtes – eigenlijk ringvormige gaten – ontstaan in de gas- en stofrijke schijf doordat jonge planeetachtige objecten hun eerste banen rond hun moederster trekken en daarbij omringend gas en stof naar zich toetrekken en zo groter groeien. “Onze recente beelden laten een aanzienlijke hoeveelheid waterdamp zien op verschillende afstanden van de ster, waaronder een opening waar zich op dit moment mogelijk een planeet vormt,” vertelt hoofdonderzoeker Stefano Facchini. Het hint erop dat de waargenomen waterdamp van invloed kan zijn op de chemische samenstelling van planeten die zich in deze gebieden vormen.
De kracht van ALMA
De waarnemingen van zijn bijzonder; nog niet eerder is het onderzoekers gelukt om in kaart te brengen hoe water in een koele, stabiele – en daarmee voor planeetvorming geknipte – gas- en stofschijf rond een jonge ster verdeeld is. “Ik had nooit gedacht dat we een opname konden maken van oceanen van waterdamp in hetzelfde gebied waar waarschijnlijk een planeet wordt gevormd,” erkent Facchini. Dat is ook zeker niet vanzelfsprekend. Want met behulp van een telescoop op aarde water vinden in de ruimte, is nu eenmaal lastig. Niet in de laatste plaats door de grote hoeveelheid waterdamp in de atmosfeer van onze eigen aarde, die de waarnemingen behoorlijk kan verstoren. Maar met behulp van ALMA is het nu dus toch gelukt. “Tot op heden is ALMA de enige faciliteit die in staat is om het signaal van water in een koele planeetvormende schijf te onderscheiden,” aldus onderzoeker Wouter Vlemmings. Het is mede te danken aan de locatie van ALMA: het tientallen radioschotels tellende observatorium bevindt zich op 5000 meter hoogte in de Atacama-woestijn van Chili. Daar staat het observatorium letterlijk hoog én droog, waardoor het relatief weinig last heeft van waterdamp in de aardatmosfeer. Het resulteert uiteindelijk dus in toch wel tamelijk opwindende opnames van de koele schijf rond HL Tauri, waaruit blijkt dat deze schijf behoorlijk wat water herbergt.
Stofdeeltjes
Dat de onderzoekers nu niet alleen kunnen bevestigen dat de koele, stabiele – en daarmee voor planeetvorming zeer geschikte – schijf rond HL Tauri waterdamp bevestigt, maar ook nog eens vrij gedetailleerd kunnen vaststellen waar dat water zich bevindt, is belangrijk. En wel om meer inzicht te krijgen in de rol die water kan spelen in de vorming van planeten. Die planeten worden geboren uit stofdeeltjes in de schijf; de stofdeeltjes doen daarbij dienst als een soort ‘kiemen’ voor planeetvorming. Ze botsen op elkaar en klonteren samen, zodat er steeds grotere brokstukken rond de ster gaan draaien. En die brokstukken kunnen uiteindelijk uitgroeien tot planeten. Vermoed wordt dat water een rol speelt in dat ‘groeiproces’. Wetenschappers denken namelijk dat waar het koud genoeg is om water te laten aanvriezen aan stofdeeltjes, alles beter aan elkaar blijft plakken en daarmee dus een ideale plek voor de totstandkoming van planeten ontstaat. En het nieuwe onderzoek geeft iets meer duidelijkheid over de houdbaarheid van die hypothese, aldus Facchini. “Onze resultaten laten zien dat de aanwezigheid van water de ontwikkeling van een planetenstelsel kan beïnvloeden, net zoals dat zo’n 4,5 miljard jaar geleden in ons eigen zonnestelsel gebeurde.”
Leven
Overigens heeft het onderzoek niet alleen implicaties voor de totstandkoming van planeten, zo vertelt Van der Donckt. Want water speelt niet alleen een rol in het ontstaan van planeten, maar ook in het ontstaan van leven (zoals wij dat kennen). “De detectie van water bij HL Tauri betekent niet dat er leven is, maar geeft ons wel meer inzicht in waar water te vinden is als planeten zich vormen en geeft ons indirect dus ook een beeld van wat voor type planeten er dan gevormd kunnen worden en of daarop ook leven zou kunnen ontstaan.”
De onderzoekers verwachten de komende jaren een beter beeld te krijgen van hoe planeten ontstaan en in hoeverre water daarin een bepalende rol speelt. Wat dat betreft, wordt er bijvoorbeeld hoopvol uitgekeken naar de upgrade die ALMA binnenkort ondergaat en de ingebruikname van ESO’s Extremely Large Telescope. De verwachting is dat met name het laatstgenoemde observatorium een ongeëvenaard inkijkje kan geven in de binnenste regionen van protoplanetaire schijven, oftewel de plek waar aardachtige planeten het levenslicht kunnen zien. “Wat wel interessant is, is dat de schijf rond HL Tauri de eerste schijf was die bijna tien jaar geleden door ALMA in beeld werd gebracht,” vertelt Van der Donckt. “En we zijn sinds die tijd een stuk wijzer geworden, maar zoals je ziet, valt er nog altijd veel te ontdekken!”
