Herschel vindt waterdamp in atmosfeer van koolstofster
Een team astronomen onder leiding van Leen Decin (Universiteit van Amsterdam en Universiteit Leuven) hebben met behulp van ESA’s Herschel-telescoop waterdamp in de atmosfeer van een grote rode koolstofster waargenomen. Tot nu toe werd de vorming van waterdamp in de atmosfeer van zo’n ster voor onmogelijk gehouden. De resultaten worden op 2 september gepubliceerd in Nature.
Herschel, het Ruimte Observatorium van de Europese ruimtevaartorganisatie (ESA) draagt de grootste, meest krachtige infrarood telescoop ooit gevlogen in de ruimte. Een baanbrekende missie, die de oorsprong en evolutie van sterren en sterrenstelsels bestudeert en ons helpt begrijpen hoe het universum tot stand kwam.
De belangrijkste bouwstenen van het leven op aarde zijn water- en koolstofmoleculen, die in grote hoeveelheden worden geproduceerd in sterren zoals onze zon wanneer ze aan het einde van hun leven komen. Als deze sterren ouder worden, zwellen ze op tot rode reuzen en blazen hun atmosfeer weg. Deze atmosferen zouden óf watermoleculen óf koolstofmoleculen bevatten en gedacht werd dat deze twee soorten moleculen niet naast elkaar zouden kunnen bestaan. Nieuwe resultaten van de instrumenten PACS en SPIRE op ESA’s Herschel ruimtetelescoop hebben dit idee overboord gegooid met de vondst van overvloedig waterdamp in de atmosfeer van een koolstofrijke rode reus.
CW Leonis is een rode reuzenster in het sterrenbeeld Leeuw. Hoewel hij slechts een paar keer zo zwaar is als de zon, is hij uitgezet tot een formaat waarin de zon een paar honderd keer past. In zichtbaar licht is CW Leonis nauwelijks waarneembaar doordat de enorme hoeveelheden stofdeeltjes rond de ster vrijwel alle licht absorberen, maar in het infrarood is hij de helderste ster aan de hemel.
De ster is geclassificeerd als een koolstofster en met een afstand van 500 lichtjaar van de aarde, is het de dichtstbijzijnde. Kernfusiereacties in het binnenste van de ster zetten helium om in koolstof. Veel daarvan komt terecht in de buitenlagen van de steratmosfeer. Op dit moment stoot de ster tien keer zoveel energie uit als de zon. De buitenste lagen van de ster golven weg in een sterrenwind, vergelijkbaar met die van onze zon maar dan met een een miljard keer zoveel uitstoot van materie. De sterrenwind is rijk aan veel verschillende koolstofverbindingen en stofdeeltjes. CW Leonis zal binnenkort aan zijn einde komen en een witte dwerg worden, omringd door een planetaire nevel – een wolk van gas en stof die bestaat uit materiaal dat zich nu in zijn atmosfeer bevindt.
Met zoveel koolstof in de atmosfeer, zou alle zuurstof in koolmonoxide (CO) opgesloten zitten, en zou er geen waterdamp (H2O) aanwezig zijn. In 2001 werd op een bepaalde golflengte waterdamp gezien. Toen werd gedacht dat de sterrenwind watermoleculen van ijzige kometen rond de ster heeft verdampt. Herschel heeft nu waterdamp gevonden op veel meer golflengten en het is nu mogelijk de temperatuur vast te stellen. Die loopt op tot 1000 graden, wat betekent dat de waterdamp aanwezig is over de hele sterrenwind, tot dicht bij het oppervlak van de ster zelf. Decin en haar team stellen nu dat de waterdamp wordt gevormd in onverwachte chemische processen, die op gang worden gebracht door ultraviolette straling. Ultraviolet licht breekt het koolmonoxide op, waarbij zuurstofatomen vrijkomen die vervolgens met waterstof verbinden tot watermoleculen.
De enig mogelijke bron van het ultraviolette licht is de interstellaire ruimte, maar die zou normaalgesproken geblokkeerd zijn door het materiaal dat vanaf de ster stroomt. Het was al bekend dat de sterrenwind `klonters' bevat en de Herschel-resultaten doen vermoeden dat sommige gebieden rond de ster vrijwel leeg zijn. Ultraviolet licht kan door deze lege gebieden tot in de diepste lagen van de steratmosfeer doordringen en de chemische processen in gang zetten die water produceren.
Ultraviolette straling van onze zon wordt geabsorbeerd door de aardatmosfeer. Maar toen de aarde nog jong was, was die beschermende atmosfeer afwezig. Het is mogelijk dat ultraviolet licht een belangrijke rol heeft gespeeld in het op gang komen van de prebiotische processen die uiteindelijk de moleculaire bouwstoffen voor leven hebben gevormd.
De nieuwe Herschel-resultaten impliceren dat analoge processen zich afspelen rond rode reuzensterren die continu materiaal leveren voor nieuwe generaties sterren en planeten in sterrenstelsel als onze Melkweg.
