Ruimtetelescoop James Webb heeft water ontdekt in het gebied rondom een jonge ster waar planeten zich kunnen vormen. ‘Basisingrediënten voor leven komen vaker voor dan gedacht, als je maar goed zoekt.’
Zonder water is het leven zoals wij dat kennen niet mogelijk. Maar hoe dit belangrijke ingrediënt op aarde terecht is gekomen en of het ook andere rotsachtige planeten leefbaar kan maken, zijn nog open vragen. Misschien kwam het mee met meteorieten die insloegen op aarde. Het is ook mogelijk dat het al aanwezig was in het gesteente waaruit de aarde 4,5 miljard jaar geleden ontstond. Sterrenkundigen proberen de herkomst van het ‘levenselixer’ te achterhalen door te bestuderen hoe planeten bij andere sterren zich vormen.
Nieuwe metingen van de ruimtetelescoop James Webb kunnen bijdragen aan dit onderzoek. De ruimtetelescoop heeft namelijk waterdamp waargenomen bij de jonge ster PDS 70, op 370 lichtjaren van de aarde.
‘Als we iets buitenaards ontmoeten, dan is het een machine’
Oude sterren en pril leven – dat zijn de onderwerpen waar het hart van sterrenkundige Leen Decin harder van gaat kloppen.
Aardachtige planeten
Om die ster, die iets kouder en minder zwaar is dan de zon, draait een schijf van gas en stof dat waarschijnlijk aan het samenklonteren is tot planeten. In de schijf van PDS 70 zijn op die manier al twee grote gasachtige planeten ontstaan. Deze zogeheten gasreuzen hebben een deel van de schijf schoongeveegd. Daardoor zit er een gat tussen het binnenste en het buitenste deel van de schijf.
De James Webb heeft in het binnenste gedeelte van de schijf waterdamp ontdekt met een temperatuur van ongeveer 300 graden Celsius. ‘Voor mij was die ontdekking een verrassing’, zegt sterrenkundige Inga Kamp van de Rijksuniversiteit Groningen. ‘Het is voor het eerst dat we in het gebied dicht bij deze ster waterdamp zien. Dat is interessant, omdat we denken dat zich in dat gebied rotsachtige planeten kunnen vormen.’ Als er aardachtige planeten ontstaan bij PDS 70, vormen ze dus in een omgeving met veel water. Kamp en haar collega’s publiceerden vorige week over de ontdekking in het vakblad Nature.
Piepjong
Wat de ontdekking extra spannend maakt, is dat dit planetenstelsel-in-wording erg op ons eigen zonnestelsel lijkt, zegt Kamp. Om onze zon draaien namelijk ook twee gasreuzen: Jupiter en Saturnus. En het binnenste gedeelte van de schijf bevindt zich ongeveer even dicht bij PDS 70 als de banen van de rotsachtige planeten Mercurius, Venus, aarde en Mars bij de zon.
PDS 70 is met 5 miljoen levensjaren wel piepjong in vergelijking met onze 4,6 miljard jaar oude zon. Het PDS 70-systeem geeft sterrenkundigen dus een inkijkje in wat er miljarden jaren geleden gebeurd zou kunnen zijn in ons zonnestelsel.
‘Dit is een belangrijke ontdekking, omdat het laat zien dat een van de basisingrediënten van leven waarschijnlijk veel vaker voorkomt dan gedacht: als je maar goed zoekt’, zegt exoplaneetonderzoeker Gijs Mulders. Hij is verbonden aan de Adolfo Ibáñez-universiteit in Chili en was niet betrokken bij de ontdekking.
Onverwacht
Mulders noemt de vondst ook onverwacht, omdat werd aangenomen dat het deel van een planeetvormende schijf dicht bij diens ster uitgedroogd zou zijn. Dicht bij de ster heeft water een heel korte levensduur. Bovendien zouden de gasreuzen waterrijke stofdeeltjes tegenhouden, waardoor de deeltjes dit gebied niet kunnen bereiken. Jupiter zou in ons zonnestelsel een vergelijkbare rol gespeeld hebben.
Sterrenkundigen zoeken dus nog naar een verklaring voor de aanwezigheid van de ontdekte waterdamp. Eén scenario is dat er lokaal water ontstaat door een chemische reactie van waterstof met zuurstof. Een andere mogelijkheid is dat waterrijke stofdeeltjes uit de buitenste gebieden toch langs de gasreuzen naar het binnenste deel kunnen glippen. Dit kunnen stofdeeltjes zijn met een laagje ijs – daarvoor is het op die afstand van de ster koud genoeg – of gesteente waar water in opgeslagen zit, zoals dat ook gebeurt in klei.
In de prullenbak?
Als de aarde ontstaan is uit waterbevattend gesteente, in een vergelijkbare omgeving als de James Webb ziet bij PDS 70, dan zou dat verklaren waarom er in de aardmantel op tientallen kilometers diep water gevonden is. Dat betekent niet dat de theorie over water uit inslaande meteorieten de prullenbak in kan. ‘Het is goed mogelijk dat beide processen hebben bijgedragen’, zegt Kamp. ‘Maar we weten niet voor hoeveel procent van het water elk proces verantwoordelijk is.’
Om dit beter te begrijpen zal de ruimtetelescoop de komende tijd de schijf van PDS 70 in meer detail vastleggen en in andere planetenstelsels-in-wording zoeken naar waterdamp.
Waterwaarnemingen
Hoe ontdek je waterdamp bij een ster op lichtjaren afstand? Daarvoor wordt het licht van de ster dat de James Webb-ruimtetelescoop detecteert uit elkaar getrokken in verschillende golflengtes, net zoals een prisma zonlicht uit elkaar trekt in verschillende golflengtes, elk met een andere kleur. Dat is het spectrum van het licht. Elk molecuul, van CO2 tot water, laat een een eigen, herkenbare vingerafdruk van heldere lijnen achter in dat spectrum. Zo kunnen astronomen aan het lichtspectrum zien welke moleculen er rondom een ster aanwezig zijn en zelfs hoeveel ervan zijn en welke temperatuur ze hebben.
