P E R S B E R I C H T

Nederlandse Onderzoekschool voor Astronomie (NOVA)
---------------------------------------------------------------------------------------------------
Amsterdam, 1 september 2010

Waterdamp gevonden in de atmosfeer van een koolstofster

Astronomen hebben waterdamp waargenomen in de atmosfeer van een grote
rode koolstofster. Tot nu toe werd de vorming van waterdamp in de
atmosfeer van zo’n ster voor onmogelijk gehouden. De vondst is gedaan
met de Herschel-telescoop door een team astronomen onder leiding van
Leen Decin (Universiteit van Amsterdam en Universiteit Leuven). De
resultaten worden op 2 september gepubliceerd in Nature.

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.

Beeld:

1. CWLeo.jpg:

De achtergrondfoto is genomen met behulp van de Herschel PACS en SPIRE
camera’s. Men ziet de koolstofrijke ster CW Leo ( = IRC +10216)
(Ladjal et al., 2010, Astronomy & Astrophysics 518, L141).  In het
blauw zien we de PACS foto genomen bij 160 micron, in het groen de
SPIRE foto genomen bij 250 micron en in het rood de SPIRE foto bij 350
micron. Deze foto leent zich er uitstekend voor om de sterrenwind
rondom CW Leo te bestuderen, en de interactie tussen de sterrenwind en
het interstellair medium. Deze interactie kun je zien in de incomplete
boog (aan de linkerkant van de foto), die een ‘bowshock’ voorstelt.
Deze foto is in totaal ∼15x15 boogminuten groot.

2. CWLeo Herschel.jpg: Hetzelfde als voor CWLeo.jpg, waarbij nu een
foto van de Herschel-satelliet is toegevoegd.

3. CWLeo Herschel water.jpg: Hetzelfde als voor CWLeo Herschel.jpg,
waarbij nu een eenvoudig (chemisch) pictogram van water = H2O wordt
getoond.

4. CWLeo Herschel water spectrum.jpg: Hetzelfde als voor CWLeo
Herschel water.jpg, waarbij we nu tevens 2 waterlijnen zien, zoals
waargenomen door de Herschel PACS spectrometer (bovenste figuur) en de
Herschel SPIRE spectrometer (onderste figuur). In totaal worden er
meer dan 60 waterlijnen gezien in het PACS en SPIRE spectrum van CW Leo.

Opgemaakt persbericht op www.astronomie.nl/
---------------------------------------------------------------------------------------------------