08. Februar 2010

Erstmals Wasser um jungen Stern genau geortet Erstmals Wasser um jungen Stern genau geortet

Scheibe aus Gas und Staub enthält hundertmal mehr Wasser als alle Ozeane der Erde zusammen

Wissenschaftler der Universität Bonn und des Leiden Observatory in den Niederlanden haben in einer Gas- und Staubscheibe um einen jungen Stern riesige Mengen Wasser orten können. Die Beobachtungen erlauben auch Rückschlüsse darauf, woher das Wasser in unserem eigenen Sonnensystem stammt. Die Studie erscheint am 10. Februar im Astrophysical Journal.

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188092main_D-Protoplanetary-082907-full.jpg - Eine künstlerische Darstellung des jungen Sterns NGC 1333 IRAS4B. Wissenschaftler gehen davon aus, dass in dem ihn umgebenden Ring Planeten entstehen. Erstmals haben sie jetzt auch große Wassermassen innerhalb dieser Scheibe nachweisen können. © Copyright: NASA/JPL-Caltech/R. Hurt (SSC)

Ohne Wasser gäbe es auf unserem Planeten kein Leben. Ein Großteil des Wassers, das heute in unseren Ozeanen vorhanden ist, ist wahrscheinlich uralt: Es stammt vermutlich aus einer kosmischen Wolke, die einst unsere Sonne umgab. Aus dieser Wolke hat sich vor 4,5 Milliarden Jahren unser Planetensystem gebildet. Wo das Wasser allerdings genau her kommt und wie es schließlich seinen Weg auf die Erde finden konnte, bleibt bis heute ein Rätsel.

Die Wissenschaftler aus Bonn und Leiden konnten nun zum ersten Mal Wasser um einen jungen Stern ganz ähnlich unserer Sonne lokalisieren. Der Stern ist von einer Scheibe aus Gas und Staub umgeben, aus der sich später vermutlich Planeten formen werden. Die Forscher haben entdeckt, dass die Scheibe große Mengen Wasser enthält – hundertmal soviel, wie sämtliche Ozeane der Erde zusammen.

Für ihre Beobachtungen nutzten sie am französischen Institut de Radioastronomie Mellimétrique (IRAM) ein so genanntes Interferometer, mit dem sie die vom Stern ausgehende Strahlung analysierten. Dadurch gelang es ihnen, den genauen Ort einer großen Menge heißen Wasserdampfs innerhalb der Scheibe zu bestimmen. Normalerweise sind derartige Messungen nur von Satelliten aus möglich: Wie eine riesige Sonnenbrille filtert die Erdatmosphäre nämlich die für Wasser charakteristischen Wellenlängen heraus. Teleskope an Bord von Satelliten sind aber vergleichsweise klein und haben keine hohe Auflösung.

Wasser besteht aus Sauerstoff und Wasserstoff. Dabei enthält eines von 500 Wassermolekülen ein etwas schwereres Sauerstoff-Atom als normal – Physiker sprechen von einem Sauerstoff-Isotop. „Schweres“ Wasser verrät sich aber durch eine ganz charakteristische Wellenlänge, die die Erdatmosphäre problemlos durchdringen kann. Die Forscher nutzten dieses Phänomen, um mit dem erdgestützten und entsprechend hoch auflösenden IRAM-Interferometer ihre Beobachtungen durchzuführen. „So konnten wir das Wasser viel genauer orten, als normalerweise möglich gewesen wäre“, erklärt Professor Dr. Jes Jørgensen.

Der Forscher vom Argelander-Institut für Astronomie der Universität Bonn ist inzwischen an die Uni Kopenhagen gewechselt. Zusammen mit der Leidener Astronomin Professor Dr. Ewine van Dishoeck hatte er einen jungen Stern untersucht, der sich erst vor ungefähr 10.000 bis 50.000 Jahren gebildet hat. Dabei fanden die Wissenschaftler heraus, dass sich ein Großteil des entdeckten Wasserdampfes innerhalb der rotierenden Gas- und Staubscheibe konzentriert. Der Abstand zum Stern beträgt dabei im Schnitt 25 AU (Astronomische Einheiten; 1 AU = der Abstand von unserer Erde zur Sonne) – das entspricht der Entfernung vom Neptun zur Sonne.

Frühere Beobachtungen dieses jungen Sterns hatten nahe gelegt, dass das Wasser in Form von Gas regenähnlich auf die Scheibe nieseln könnte,  um sich dort zu sammeln. Die IRAM-Daten beweisen allerdings, dass die Wassermenge innerhalb der Scheibe hundertmal größer ist, als dieses Modell voraussagt. „Das Wasser ist sehr wahrscheinlich in einer heißen Schicht direkt über der mittleren Ebene der Scheibe zu finden“, erklärt Ewine van Dishoeck, die momentan auch am Max-Planck-Institut für Extraterrestrische Physik in Garching arbeitet. „Unsere Beobachtungen deutet darauf hin, dass ein Großteil des Wassers in gefrorenem Zustand in die Scheibe eintritt. Die hohen Temperaturen innerhalb der Scheibe sorgen allerdings schnell dafür, dass es verdampft.“

„Nur das IRAM Plateau de Bure Interferometer ist zur Zeit in der Lage,  die überaus schwachen Signale des schweren Wassers einzufangen und in Bilder umzuwandeln“, betont Jes Jørgensen, Hauptautor des Artikels. „Darüber hinaus operiert das IRAM-Interferometer bei Wellenlängen, die es uns möglich machen, noch viel tiefer in die Scheiben hineinzublicken. Dadurch können wir die physikalischen und chemischen Prozesse studieren, die die Frühphase dieser Scheibe entscheidend mitbestimmten.  Wir werden daraus sicher auch etwas über die Entstehung der Planeten lernen.“

Kontakt:
Jes K. Jørgensen
Argelander-Institut für Astronomie, Universität Bonn/
Centre for Star and Planet Formation, University of Copenhagen
Telefon: 0049 (0)1779 617015 (mobil)
E-Mail: jes@snm.ku.dk

Prof. Dr. Frank Bertoldi   
Argelander-Institut für Astronomie
Telefon: 0228/73-6789
E-Mail: bertoldi@astro.uni-bonn.de

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