Water in star formation: Rho Ophiuchi
Stjärnfabriken Rho Ophiuchi enligt rymdteleskopet Herschel, med illustration av vattenmolekyler. ​​​
ESA/Herschel/NASA/JPL-Caltech

Där stjärnor föds finns det också vatten

​​Astronomer har avslutat en omfattande kartläggning av vatten i rymden. Flera Chalmersforskare ingår i det internationella teamet som använt rymdteleskopet Herschel för att visa att livets viktigaste molekyl kan trivas i alla nyfödda solsystem – inte bara vårt.
För bara tio år sedan var det inte känt hur och var vatten bildas i rymden, och hur det så småningom hamnar på en planet som jorden. 

​Nu har femtio astronomer, ledda av Ewine van Dishoeck (Universitetet i Leiden, Nederländerna), sammanställt allt som forskare vet om vatten i rymden mellan stjärnorna. Artikeln, som publiceras i tidskriften Astronomy & Astrophysics, är baserad på observationer med rymdteleskopet Herschel. 

Projektet har lett fram till ny information om ursprunget till vatten i nyfödda, potentiellt beboeliga, planeter. 

Rymdteleskop spelar viktig roll​

Det har varit en utmaning för astronomer att ens få syn på rymdens vatten, eftersom markbaserade teleskop påverkas av vattenånga i vår egen atmosfär. 

Efter en tidig pionjärinsats av den svenska forskningssatelliten Odin​ sändes 2009 upp rymdteleskopet Herschel av den europeiska rymdorganisationen ESA. 

Under sitt fyra år långa uppdrag hade Herschelteleskopet som ett av sina huvudmål att undersöka vatten i rymden. Av särskilt betydelse var instrumentet HIFI, som byggdes under nederländsk ledning med betydande svenska bidrag. 

I den nya studien har astronomen Ewine van Dishoeck och hennes kollegor kunnat kartlägga hur vattenmolekyler följer med på varje del av processen när nya stjärnor och planeter ska födas.

Is är första steget​

Det mesta av vattnet bildas som is. Islager byggs upp på små partiklar som samlas i kalla, ljussvaga moln av stoft och damm i rymden. 

När delar av dess interstellära moln sedan störtar samman kan nya stjärnor och planeter börja bildas. När det händer överlever vattenmolekylerna genom att fästa sig vid dammkorn och småsten. 

Runt varje nyfödd stjärna samlas dessa istäckta småstenar i en roterande skiva, och kan bygga frön till nya planeter.

– Vatten transporteras mestadels som is från stora interstellära moln till de här skivorna. Isen tycks inte smälta av eller slås sönder på vägen in. Ännu kan vi inte säga exakt hur mycket vatten som finns i de här skivorna, men det är gott och väl tillräckligt för att bilda oceaner på jordlika planeter, säger Per Bjerkeli.

Vattnet på jorden har också vandrat hit på det här sättet, tror forskarna. De flesta nya solsystem är födda med tillräckligt med vatten för att fylla flera tusen hav, visar deras beräkningar.

– Det är fascinerande att inse att när man dricker ett glas vatten tillverkades de flesta av dessa molekyler för mer än 4,5 miljarder år sedan i molnet ur vilket vår sol och planeterna bildades, säger Ewine van Dishoeck.

Vattnets väg från interstellära moln till dricksglaset är komplex, visar forskarna. Redan tidigare studier med Herschelteleskopet visade hur varm vattenånga kastas ut i dramatiska strålar från stjärnor som höll på att bildas. Nu har forskarna även kunnat spåra både kall vattenånga och islagring i dessa stjärnsystem, bland annat genom att undersöka svaga signaler från tungt vatten (där molekylen H20 innehåller ett eller två atomer av tungt väte, eller deuterium).

Nya teleskop ska lösa fler frågetecken

Många mysterier kvarstår kring vattnets väg till planeterna, som nya och framtida teleskop får lösa. NASA/ESA:s James Webb-teleskop, som sänds upp senare i år, samt radioteleskopen ALMA i Chile och framtidens radioteleskop SKA, har alla roller att spela. Instrumentet MIRI ombord på James Webbteleskopet kommer att kunna upptäcka varm vattenånga i de innersta zonerna på dammskivor. 

– Herschel har redan visat att planetbildande skivor är rika på vattenis. Med MIRI kan vi nu följa det spåret in i de regioner där jordliknande planeter bildas, säger Michiel Hogerheijde, astronom vid Universitetet i Leiden och Universitetet i Amsterdam.


Mer om forskningen och om rymdteleskopet Herschel

Herschel var ett rymdteleskop från den europeiska rymdorganisationen (ESA), byggt i samarbete med NASA. Dess HIFI- och PACS-instrument användes för vattenforskningen. HIFI konstruerades och byggdes av ett konsortium av institut och universitet över hela Europa, Kanada och USA under ledning av Nederländska institutet för rymdforskning, SRON, med viktiga bidrag från Tyskland, Frankrike och USA. Forskare i Onsala rymdobservatoriums Gruppen för avancerad mottagarutveckling byggde ett mätsystem för att kontrollera optiken i instrumentet. PACS-instrumentet utvecklades av ett konsortium av institut och universitet över hela Europa som leds av Max Planck-institutet för utomjordisk fysik i Tyskland. Chalmersforskare spelade en aktiv roll i den vetenskapliga planeringen för Herschel, och var med i flera projekt som använder data från teleskopet. 

Forskningsresultaten publiceras i en artikel av Ewine F. van Dishoeck m. fl, Water in star-forming regions: Physics and chemistry from clouds to disks as probed by Herschel spectroscopy i tidskriften Astronomy & Astrophysics. Länk till forskningsartikeln: https://www.aanda.org/10.1051/0004-6361/202039084​ (se även https://arxiv.org/abs/2102.02225).

Ewine van Dishoeck ledde vattenforskningen i WISH-programmet (Water in Stjärnbildande regioner med Herschel). Forskarteamet består av 50 astronomer från hela världen, bland dem Chalmersforskarna Per Bjerkeli, René Liseau och Magnus Persson, samt Bengt Larsson (Stockholms universitet).

Bilder

A (överst) - Vattenmolekylers väg från vidsträckta moln till potentiellt beboeliga planeter har spårats bland annat i stjärnfabriken Rho Ophiuchi, 440 ljusår bort i stjärnbilden Ormbäraren. Denna vidvinkelbild från Herschelteleskopet är tagen i ljus med våglängd mellan 70 och 250 mikrometer med teleskopets kamera PACS, är 4 grader bred (motsvarande åtta fullmånar). I bildens ljusaste del (ovan till höger) ligger den unga stjärnan VLA 1623 som varit föremål för detaljerade observationer av vatten med instrumentet HIFI.
Bild: ESA/Herschel/NASA/JPL-Caltech, CC BY-SA 3.0 IGO; Acknowledgement: R. Hurt (JPL-Caltech)

B - Stjärnfabriken Rho Ophiuchi ligger 440 ljusår bort i stjärnbilden Ormbäraren. Denna vidvinkelbild från Herschelteleskopet är tagen i ljus med våglängd mellan 70 och 250 mikrometer med teleskopets kamera PACS, är 4 grader bred (motsvarande åtta fullmånar). I bildens ljusaste del (ovan till höger) ligger den unga stjärnan VLA 1623 som varit föremål för detaljerade observationer av vatten med instrumentet HIFI.
Bild: ESA/Herschel/NASA/JPL-Caltech, CC BY-SA 3.0 IGO; Acknowledgement: R. Hurt (JPL-Caltech)

C – I denna illustration visas vattnets resa från interstellära moln till bebodda världar. Från överst till vänster: vatten i ett kallt interstellärt moln; nära en nyfödd stjärna med ett utflöde; i en protoplanetär skiva; i en komet och hav på en planet. De vita linjerna visar de spår av vattenånga i spektrum som registrerats av instrumentet HIFI ombord på Herschelteleskopet (signalerna från det kalla molnet och den protoplanetära skivan har överdrivits jämfört med de från de unga, bildande stjärnan i mitten). 
Bild: ESA/ALMA/NASA/L. E. Kristensen

Sidansvarig Publicerad: on 14 apr 2021.