Halbschweres Wassereis um jungen sonnenähnlichen Stern entdeckt

Ein Team der Universität Leiden unter der Leitung von Ewine van Dishoek – externes wissenschaftliches Mitglied des MPE – hat erstmals halbschweres Wassereis um einen jungen, sonnenähnlichen Stern nachgewiesen. Diese Ergebnisse stützen die Theorie, dass ein Teil des Wassers in unserem Sonnensystem bereits vor der Entstehung der Sonne und ihrer Planeten existierte. Die Forscher nutzten das James-Webb-Weltraumteleskop für ihre Entdeckung, die sie in „The Astrophysical Journal Letters” veröffentlicht haben.

Eine Möglichkeit, wie Astronomen den Ursprung von Wasser zurückverfolgen können, ist die Messung seines Deuterierungsverhältnisses. Deuterium ist ein stabiles Isotop des Wasserstoffs, dessen Kern neben einem Proton auch ein Neutron enthält. Wasser, das aus einem Deuteriumatom und einem Wasserstoffatom besteht – HDO statt H₂O – wird auch als „halbschweres Wasser” bezeichnet. Ein hoher Anteil an halbschwerem Wasser deutet darauf hin, dass es an einem sehr kalten Ort entstanden ist, beispielsweise in den urzeitlichen, dunklen Wolken aus Staub, Eis und Gas, aus denen Sterne entstehen.

In unseren Ozeanen, Kometen und eisigen Monden besteht bis zu eines von zweitausend Wassermolekülen aus halbschwerem Wasser. Das ist etwa zehnmal mehr, als aufgrund der Zusammensetzung der Sonne zu erwarten wäre. Astronomen vermuten daher, dass ein Teil des Wassers in unserem Sonnensystem vor Hunderttausenden von Jahren vor der Geburt der Sonne in dunklen Wolken als Eis entstanden ist. Um dies zu bestätigen, müssen sie den Deuterierungsgrad von Wassereis in Sternentstehungsgebieten messen.

Einem internationalen Team von Astronomen ist es nun gelungen, einen hohen Anteil an halbschwerem Wassereis in einer protostellaren Hülle nachzuweisen. Dabei handelt es sich um die Materiewolke, die einen Stern in seiner Entstehungsphase umgibt.

Die Astronomen nutzten das James-Webb-Weltraumteleskop. Vor dessen Start konnte der Deuterierungsgrad von Wasser nur in der Gasphase, wo chemische Veränderungen stattfinden, zuverlässig gemessen werden. „Mit der beispiellosen Empfindlichkeit von Webb beobachten wir nun eine wunderschön klare Signatur von halbschwerem Wassereis in Richtung eines Protosterns”, sagt Katie Slavicinska, Doktorandin an der Universität Leiden (Niederlande), die die Studie leitete.

Der Deuterierungsgrad des Wassers in L1527 ähnelt dem einiger Kometen sowie dem der protoplanetaren Scheibe eines weiter entwickelten jungen Sterns. Dies deutet darauf hin, dass das in all diesen Objekten gefundene Wasser einen ähnlichen kalten und alten chemischen Ursprung hat.

„Diese Entdeckung ist ein weiterer Beleg dafür, dass der Großteil des Wassereises von den frühesten bis zu den spätesten Stadien der Sternentstehung weitgehend unverändert bleibt“, sagt Co-Autorin Ewine van Dishoeck, Professorin für Astronomie an der Universität Leiden. Sie hat einen Großteil ihrer Karriere damit verbracht, die Reise des Wassers durch den Weltraum zu verfolgen.