Pressmeddelande

Astronomer finner ett samband mellan vatten och planetbildning

29 februari 2024, Skurup

Forskare har hittat vattenånga i skivan runt en ung stjärna, exakt där planeter kan vara på väg att bildas. Vatten är nödvändigt för livet på jorden och tros också spela en betydande roll när planeter bildas. Hittills har vi inte kunnat kartlägga hur vatten är fördelat i en stabil, sval stoft- och gasskiva – den typ av skiva som erbjuder de mest gynnsamma förutsättningarna för planetbildning runt stjärnor. De nya fynden var möjliga att göra tack vare Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), där European Southern Observatory (ESO) är en partner.

"Jag hade aldrig föreställt mig att vi skulle kunna fånga en bild av oceaner av vattenånga i samma region där en planet troligen bildas" säger Stefano Facchini, astronom vid universitetet i Milano, Italien, som ledde studien som publiceras i dag i Nature Astronomy. Observationerna avslöjar minst tre gånger så mycket vatten som i alla jordens hav i den inre delen av skivan runt den unga solliknande stjärnan HL Tauri, belägen 450 ljusår från jorden i stjärnbilden Oxen.

"Det är verkligen anmärkningsvärt att vi inte bara kan upptäcka, utan också ta detaljerade bilder och undersöka distributionen av, vattenånga på ett avstånd av 450 ljusår" tillägger medförfattaren Leonardo Testi, astronom vid universitetet i Bologna, Italien. Observationerna med ALMA tillåter astronomer att bestämma fördelningen av vatten i olika regioner av skivan. "Att delta i en så viktig upptäckt på den ikoniska HL Tauri-skivan var mer vad jag någonsin hade förväntat mig under min första forskningserfarenhet inom astronomin" tillägger Mathieu Vander Donckt från University of Liège, Belgien, som var en masterstudent när han deltog i forskningen.

En betydande mängd vatten hittades i området kring ett känt gap i HL Tauri-skivan. Luckor i gas- och dammrika skivor bildas på avstånd runt stjärnan där unga planetliknande kroppar samlar ihop material och växer i storlek. "Våra nya bilder avslöjar en betydande mängd vattenånga i ett intervall från stjärnan som inkluderar ett gap där en planet potentiellt skulle kunna bildas för närvarande" säger Facchini. Detta tyder på att vattenångan kan påverka den kemiska sammansättningen i de planeter som bildas i dessa regioner.

Att observera vatten med ett markbaserat teleskop är ingen enkel uppgift eftersom den rikliga vattenångan i jordens atmosfär gör det svårare att detektera de astronomiska signalerna. ALMA, som drivs av ESO tillsammans med sina internationella partners, är ett nätverk av radioteleskop i den chilenska Atacamaöknen på cirka 5 000 meters höjd. Anläggningen byggdes på hög höjd där fuktigheten är låg specifikt för att minimera atmosfärens inverkan, vilket ger exceptionella förhållanden för astronomiska observationer. 

"Till dags dato är ALMA den enda anläggningen som kan se fördelningen av vatten i en sval planetbildande skiva", säger medförfattaren Wouter Vlemmings, professor vid Chalmers tekniska högskola i Sverige [1]. “Det är särskilt roligt att i och med detta projekt kunna uppfylla ett av målen med ALMA:s Band 5-mottagare, som utvecklades av GARD-gruppen (Group for Advanced Receiver Development) vid Onsala rymdobservatorium på Chalmers", tillägger Vlemmings.

"Det är verkligen spännande att se en bild som visar att vattenmolekyler frigörs från isiga dammpartiklar", säger Elizabeth Humphreys, astronom vid ESO som också deltog i studien. Stoftkornen i skivan utgör frön för planetbildning genom att de kolliderar och klumpar ihop sig till allt större kroppar som kretsar runt stjärnan. Astronomer tror att stoftpartiklar fäster bättre vid varandra i områden där det är tillräckligt kallt för vatten att frysa – en idealisk plats för planetbildning. "Våra resultat visar hur vatten kan påverka utvecklingen av ett planetsystem, precis som det gjorde för cirka 4,5 miljarder år sedan i vårt eget solsystem" tillägger Facchini.

Med de uppgraderingar som nu sker på ALMA, och med ESO:s Extremely Large Telescope (ELT) som tas i drift under detta decennium, kommer vattnets roll i planetbildningen att kunna klarläggas bättre än någonsin. I synnerhet kommer METIS (Mid-infrared ELT Imager and Spectrograph), ett instrument som nu byggs för ELT, att ge astronomerna en oöverträffad bild av de inre regionerna i planetbildande skivor, där planeter som jorden bildas.

Noter

[1] De nya observationerna utnyttjade Band 5- och Band 7-mottagarna på ALMA. Band 5 har utvecklats av Chalmers med bidrag från ESO och har utökat ALMA till ett nytt frekvensområde specifikt för att detektera och avbilda vatten i det lokala universumet. I denna studie observerade forskarlaget tre av vattnets spektrallinjer i mottagarnas två frekvensområden för att kartlägga gas vid olika temperaturer inom skivan.

Mer information

Forskningsresultaten presenteras i artikeln “Resolved ALMA observations of water in the inner astronomical units of the HL Tau disk” (https://doi.org/10.1038/s41550-024-02207-w) i tidskriften Nature Astronomy.

Forskarlaget utgörs av S. Facchini (Dipartimento di Fisica, Università degli Studi di Milano, Italien), L. Testi (Dipartimento di Fisica e Astronomia “Augusto Righi”, Università di Bologna, Italien), E. Humphreys (European Southern Observatory, Germany, Joint ALMA Observatory, Chile; European Southern Observatory Vitacura, Chile), M. Vander Donckt (Space sciences, Technologies & Astrophysics Research (STAR) Institute, University of Liège, Belgien), A. Isella (Department of Physics and Astronomy, Rice University, USA [Rice]), R. Wrzosek (Rice), A. Baudry (Laboratoire d’Astrophysique de Bordeaux, Univ. de Bordeaux, CNRS, Frankrike), M. D. Gray (National Astronomical Research Institute of Thailand, Thailand), A. M. S. Richards (JBCA, University of Manchester, Storbritannien) och W. Vlemmings (Department of Space, Earth and Environment, Chalmers tekniska högskola, Sverige).

Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) är en internationell astronomisk anläggning som drivs i partnerskap mellan ESO, National Science Foundation (NSF, USA) och National Institutes of Natural Sciences (NINS, Japan), tillsammans med Chile. ALMA finansieras av ESO genom dess medlemsstater, av NSF i samarbete med National Research Council of Canada (NRC) och National Science and Technology Council (NSTC) i Taiwan, och av NINS i samarbete med Academia Sinica (AS) i Taiwan och Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI). Konstruktionen och driften av ALMA leds av ESO för dess medlemsstater, av National Radio Astronomy Observatory (NRAO) genom Associated Universities, Inc. (AUI) för Nordamerika, och av National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ) för Östasien. Joint ALMA Observatory (JAO) står för övergripande ledning och organisation under konstruktionen, driftsättningen och driften av ALMA.

Länkar

• Forskningsartikel (preliminär version)
• Foton på ALMA
• Läs mer om ESO:s Extremely Large Telescope på vår dedikerade webbplats och i pressmaterialet
• För journalister: Prenumerera på pressmeddelanden under embargo på svenska
• För astronomer: Berätta om din forskning!

Kontakter

Stefano Facchini
University of Milan
Milan, Italy
Tel: +39 02 503 17254
E-post: stefano.facchini@unimi.it

Elizabeth Humphreys
European Southern Observatory
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 3200 6541
E-post: ehumphre@eso.org

Leonardo Testi
University of Bologna
Bologna, Italy
Tel: +39 051 20 9 5763
E-post: leonardo.testi@unibo.it

Mathieu Vander Donckt
University of Liege
Liege, Belgium
Tel: +32 4 366 9721
E-post: Mathieu.VanderDonckt@uliege.be

Wouter Vlemmings
Chalmers University of Technology
Gothenburg, Sweden
Tel: +46 31 772 63 54
E-post: wouter.vlemmings@chalmers.se

Bárbara Ferreira
ESO Media Manager
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 3200 6670
Mobil: +49 151 241 664 00
E-post: press@eso.org

Johan Warell (Presskontakt för Sverige)
ESO:s nätverk för vetenskaplig kommunikation
Skurup, Sverige
Tel: +46-706-494731
E-post: eson-sweden@eso.org

Connect with ESO on social media

Detta är den översatta versionen av ESO:s pressmeddelande eso2404 som har tagits fram inom ESON, ett nätverk av medarbetare i ESO:s medlemsländer. ESON-representanterna fungerar som lokala kontaktpersoner för media i samband med ESO:s pressmeddelanden och andra händelser. ESON:s kontaktperson i Sverige är Johan Warell.