HIFI's speurtocht naar water werpt een nieuw licht op de geboorte van sterren in verschillende regio's van de kosmos. Dat is deze week gebleken op het wetenschappelijk symposium over de eerste resultaten van de ruimtetelescoop Herschel, waarvan HIFI het Nederlandse 'zenuwcentrum' vormt. Met HIFI is ook voor het eerst geïoniseerd water in de ruimte ontdekt. Deze elektrisch geladen watermoleculen komen niet in natuurlijke vorm op aarde voor.
Water speelt een cruciale rol bij de geboorte van sterren, omdat het molecuul bijdraagt aan het koelen van het mengsel van gas en stof waaruit sterren worden geboren. De eerste resultaten die deze week op het Herschel First Results Symposium werden gepresenteerd, laten zien dat water is gevonden in diverse actieve stervormingsgebieden, ook buiten ons melkwegstelsel. Samen met gegevens over stervormende gas- en stofwolken in onze Melkweg, helpen deze nieuwe data sterrenkundigen om tot in detail te begrijpen welke processen een rol spelen bij de geboorte van een nieuwe ster.
De aanwezigheid van water in een object in de ruimte kunnen we vaststellen aan de hand van de zeer herkenbare ‘vingerafdrukken’ – of emissielijnen – in het spectrum van een object, met name in het ver-infrarood- en submillimetergebied. Alleen spectrometers als HIFI, die aan boord van ruimtetelescopen als Herschel een heel hoge resolutie leveren, zijn in staat de zeer gedetailleerde spectra te nemen die wetenschappers in staat stellen om de rijkdom aan water in het heelal precies in kaart te brengen.
HIFI, ofwel Heterodyne Instrument for the Far Infrared, is vooral ontworpen om water en andere moleculen op te sporen. Het instrument zet de hoogfrequentie signalen van bronnen uit de ruimte zonder informatieverlies om in laagfrequente signalen, die zodoende beter kunnen worden gemeten. HIFI doet dat met behulp van de zogenoemde heterodyne technologie. "Door de extreem hoge resolutie van de spectra die HIFI levert, is HIFI ideaal om moleculen op te sporen en in kaart te brengen. Het is een uitstekende moleculenjager, beter nog dan we hadden verwacht", zegt Frank Helmich, projectleider van Herschel/HIFI.
"Watermoleculen zijn uitstekend geschikt om de chemische en natuurkundige structuur van de interstellaire ruimte af te leiden," zegt Xander Tielens van de Leidse Sterrewacht. “De ontdekking van dit belangrijke molecuul op alle kosmische schalen benadrukt nog maar eens dat HIFI boven verwachting presteert."
Met zijn extreem hoge resolutie kan HIFI zo'n 40 verschillende wateremissielijnen of vingerafdrukken in kaart brengen. Herschel/HIFI heeft naast gewoon water ook geïoniseerd water gevonden. Deze watermoleculen zijn elektrisch geladen doordat ze als gevolg van hoogenergetische straling een elektron verliezen. Geïoniseerd water komt in natuurlijke vorm niet op aarde voor. "De ontdekking van geïoniseerde waterdamp kwam als een totale verrassing", zegt Ewine van Dishoeck van de Universiteit Leiden. "Het vertelt ons dat dat de vroegste geboortestadia van sterren behoorlijk gewelddadig zijn en dat dit door de hele gaswolk heen leidt tot veel energetische straling."
Sporen van water zijn aangetroffen in zowel enorme stervormende gas- en stofwolken als op een veel kleinere schaal, dat wil zeggen bij sterren en planeten. In de protoplanetaire schijven die sterren tijdens het geboorteproces omringen kan waterdamp zelfs vastvriezen aan stofkorrels. Deze korrels condenseren dan tot ijzige planetesimalen, de bouwstenen waaruit planeten ontstaan.
Meer over de eerste resultaten van Herschel bij ESA
HIFI op het spoor van nieuw water in de kosmos
