ALMA ziet sneeuw in stofschijf rond jonge ster

ALMA ziet sneeuw in stofschijf rond jonge ster

Astronomen hebben met de nieuwe ALMA-telescoop voor het eerst direct een sneeuwlijn waargenomen in de schijf rond een jonge ster. De zogenoemde koolmonoxide-sneeuwlijn is het gebied in de schijf van gas en stof waar het zo koud is dat veel gassen vastvriezen op stofdeeltjes en zo een klein ijslaagje vormen. Hierdoor worden de stofdeeltjes zwaarder en kleveriger, en klonteren ze samen tot kiezelstenen, rotsblokjes, kometen, planetoïden en uiteindelijk planeten.
 
Tot nu was de exacte locatie van de koolmonoxide-sneeuwlijn niet bekend. Het onderzoeksteam, met onder anderen de Leidse astronomen Michiel Hogerheijde en Ewine van Dishoeck en voormalig NOVA-promovenda Karin Öberg, publiceert de ontdekking van de sneeuwlijn deze week in Science Express.
 
De koolmonoxide-sneeuwlijn is gezien in de schijf rond de jonge ster TW Hydrae, die zich op een afstand van zo’n 175 lichtjaar van de aarde bevindt. TW Hydrae is omringd door een planeetvormende schijf, precies zoals onze zon 4,5 miljard jaar geleden. Het was al langer bekend dat deze schijf rijk is aan CO (koolmonoxide), maar het vinden van de sneeuwlijn was moeilijk doordat de lijn aan het zicht wordt onttrokken door een cocon van CO-gas.
 
Het onderzoeksteam onder leiding van Chunchua Qi en Karin Öberg van Harvard is op zoek gegaan naar een molecuul dat het vastvriezen van CO verraadt: N2H+. Van dit molecuul is bekend dat het zolang er CO aanwezig is, niet gemakkelijk kan worden gevormd, terwijl het beetje N2H+ dat er is, snel met CO zal reageren en zal worden vernietigd. Alleen als CO afwezig is - dat wil zeggen: vastgevroren – kan N2H+ in waarneembare hoeveelheden voorkomen.
 
De ALMA-waarnemingen laten een spectaculaire ring van N2H+ zien, met een straal van 30 maal de afstand aarde-zon, precies de afstand waarop de temperatuur van het materiaal is gedaald tot -253 graden Celsius, en waar naar verwachting CO snel vastvriest. Dit vormt een directe aanwijzing voor de locatie van de CO-sneeuwlijn.
 
Sneeuwlijnen spelen een belangrijke rol in de vorming van een zonnestelsel. De diverse sneeuwlijnen op steeds andere afstanden van de ster (zoals waterijs, kooldioxide, methaan en koolmonoxide) zijn waarschijnlijk verbonden met de vorming van een bepaald type planeet. TW Hydrae lijkt veel op onze eigen zon van 4,5 miljard jaar geleden. De koolmonoxide-sneeuwlijn correspondeert met de baan van Neptunus. Mogelijk vormt de lijn het punt waar vanaf kleinere, ijzige objecten kunnen worden gevormd, zoals kometen en dwergplaneten als Pluto.
 
Het team gaat door met het zoeken naar de exacte locatie van de sneeuwlijnen, zegt Michiel Hogerheijde. "De beeldscherpte van ALMA zal de komende paar jaar nog veel beter worden, zodat we ook kunnen gaan speuren naar de water-sneeuwlijn, die een grote rol speelt bij de vorming van planeten zoals Jupiter.” In een andere studie (Mathews et al. Astronomy & Astrophysics, in press) hebben Geoff Mathews (Leiden) en zijn team laten zien dat ALMA-data van een ander ion, DCO+, voor hetzelfde doel kunnen worden gebruikt. Hiermee is ook de koolmonoxide-sneeuwlijn in een schijf rond een zwaardere ster direct in kaart gebracht.

Meer informatie en afbeeldingen op de Nederlandstalige ESO-pagina's