Forskare har hittat vattenånga i skivan runt en ung stjärna exakt där planeter kan bildas. Vatten är en nyckelingrediens för livet på jorden och tros också spela en betydande roll i planetbildningen, men hittills har astronomer aldrig kunnat kartlägga hur vatten är fördelat på en stabil, sval skiva - den typ av skiva 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 fynden möjliggjordes tack vare Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) – en samling teleskop i den chilenska Atacamaöknen. University of Manchesters Jodrell Bank Center for Astrophysics 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 funktionen för "Band 5"-mottagarsystemet, vilket var viktigt för ALMA att ta fram den detaljerade bild av vattnet.
Dr Richards sa:"Att mäta mängden vattenånga direkt där planeter bildas tar oss ett steg närmare att förstå hur lätt det kan vara att skapa världar med hav – hur mycket vatten som är fäst vid de agglomererande stenarna, eller är det mestadels tillsatt senare till en nästan fullt bildad planet. Den här typen av observationer behöver de torraste möjliga förhållandena och kunde bara göras så detaljerat med hjälp av ALMA-arrayen i Chile."
Observationerna, publicerade idag i tidskriften Nature Astronomy, avslöja minst tre gånger så mycket vatten som i alla jordens hav i den inre skivan av den unga solliknande stjärnan HL Tauri, belägen 450 ljusår från jorden i stjärnbilden Oxen.
Stefano Facchini, en astronom vid universitetet i Milano, Italien, som ledde studien, sa:"Jag hade aldrig föreställt mig att vi skulle kunna fånga en bild av oceaner av vattenånga i samma region där en planet troligen kommer att bildas."
Medförfattaren Leonardo Testi, en astronom vid universitetet i Bologna, Italien, tillade:"Det är verkligen anmärkningsvärt att vi inte bara kan upptäcka utan också fånga detaljerade bilder och spatialt 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, tillåter astronomer att bestämma fördelningen av vatten i olika delar av skivan.
En betydande mängd vatten hittades i regionen där ett känt gap i HL Tauri-skivan finns - en plats där en planet potentiellt kan bildas. Radiella luckor är uthuggna i gas- och dammrika skivor genom att kretsa runt unga planetliknande kroppar när de samlar ihop material och växer. Detta tyder på att denna vattenånga kan påverka den kemiska sammansättningen av planeter som bildas i dessa regioner.
Men att observera vatten med ett markbaserat teleskop är ingen enkel bedrift eftersom den rikliga vattenångan i jordens atmosfär försämrar de astronomiska signalerna.
ALMA, som drivs av European Southern Observatory (ESO), tillsammans med sina internationella partners, sitter på cirka 5 000 meters höjd och är byggd i en hög och torr miljö specifikt för att minimera denna försämring, vilket ger exceptionella observationsförhållanden. Hittills är ALMA den enda anläggning som kan kartlägga fördelningen av vatten i en sval planetbildande skiva.
Dammkornen som utgör en skiva är frön av planetbildning, som kolliderar och klumpar sig till allt större kroppar som kretsar runt stjärnan. Astronomer tror att där det är tillräckligt kallt för att vatten ska frysa fast på dammpartiklar, håller saker ihop mer effektivt – en idealisk plats för planetbildning.
Medlemmar av UK ARC bidrar till en stor uppgradering av ALMA, som med ESO:s Extremely Large Telescope (ELT) som också kommer online inom decenniet, kommer att ge ännu tydligare vyer av planetbildningen och vilken roll vatten spelar i den. Särskilt METIS, den mellaninfraröda ELT-bildaren och spektrografen, kommer att ge astronomer oöverträffad utsikt över de inre områdena av planetbildande skivor, där planeter som jorden bildas.
Mer information: Lösta ALMA-observationer av vatten i de inre astronomiska enheterna på HL Tau-skivan, Nature Astronomy (2024). DOI:10.1038/s41550-024-02207-w
Journalinformation: Naturastronomi
Tillhandahålls av University of Manchester
