Astronomen hebben met de Herschel-ruimtetelescoop zwaar moleculair waterstof gevonden in de protoplanetaire schijf rond de nabije ster TW Hydrae. Ze schatten het gewicht van de gasachtige schijf op 50 keer de massa van Jupiter. Zwaar waterstof (het HD-molecuul) bestaat uit één waterstofatoom en één deuteriumatoom, en wordt beschouwd als een indicator voor het hoofdbestanddeel van de schijf: moleculair waterstof, dat bestaat uit twee waterstofatomen. Het team, met onder anderen de Leidse astronoom Ewine van Dishoeck, publiceert dit resultaat op 31 januari in Nature.
“Het is de eerste keer dat we in een protoplanetaire schijf de emissie van zwaar waterstof hebben gezien”, zegt coauteur Van Dishoeck, “en pas de tweede maal dat we dit signaal in de ruimte hebben aangetroffen. De grote gevoeligheid van Herschel ligt aan deze ontdekking ten grondslag. Het was een riskant project omdat we niet zeker waren of we wel iets zouden zien, maar het is gelukt.”
Met de waarnemingen kon voor het eerst een nauwkeurige schatting worden gemaakt van de massa van een protoplanetaire schijf. Met een gewicht van 50 Jupiter-massa’s is de schijf rond TW Hydrae meerdere malen zwaarder dan de schijf van gas en stof waaruit ons eigen zonnestelsel is gevormd. Rond TW Hydrae zou in de toekomst een complex planetenstelsel kunnen ontstaan.
Planetenstelsels worden gevormd rond jonge sterren uit het restmateriaal van het stervormingsproces. Dit materiaal bestaat hoofdzakelijk uit waterstofgas en draait verscheidene miljoenen jaren rond de ster voordat het condenseert tot planeten, of door sterwinden wordt weggedreven. In de schijf bevinden zich ook andere gassen en kleine hoeveelheden kosmisch stof.
De massa van een protoplanetaire schijf is de belangrijkste voorspeller van het vermogen van de schijf om een planeetsysteem te vormen. De schijf rond ons eigen zonnestelsel had een geschatte massa van tien Jupiters, ongeveer één procent van de massa van de zon.
Tot nu toe zijn zo’n 50 protoplanetaire schijven in detail onderzocht, maar het bepalen van hun massa is tot op heden een heikel karwei. Dat komt doordat het voornaamste bestanddeel van schijven moleculair waterstof is, dat niet kan worden waargenomen. Het opsporen van schaarse moleculen (bijvoorbeeld koolmonoxide) of stofkorreltjes om het ongrijpbare waterstof te vinden, heeft als nadeel dat er veel onzekerheid zit in het schatten van de massa’s. Zo lagen eerdere schattingen van de massa van de TW Hydrae-schijf meer dan een factor 100 uit elkaar. “De HD-emissie blijkt nu een tien keer zo betrouwbare schatting op te leveren”, zegt onderzoeksleider Edwin Bergin van de Universiteit van Michigan, VS. Die nauwkeurigheid wordt bereikt doordat de relatieve aanwezigheid van deuterium en waterstof heel goed bekend is door metingen in ons eigen zonnestelsel.
Herschel Project Scientist Göran Pilbratt ziet de nieuwe manier om de massa van een protoplanetaire schijf te ‘wegen’ als een bijdrage van de Herschel-ruimtetelescoop aan het beter leren begrijpen van het ontstaan van planeetstelsels. De waarneming is gedaan met Herschels PACS-instrument.
Herschel weegt zware schijf rond nabije ster
