Je zou denken dat het maken van een schild uit water niet veel goeds zou doen (hoe dan ook niet in middeleeuwse gevechtsre-enactments). In hun geval was bescherming tegen slagzwaarden niet zo belangrijk als de effecten van ultraviolette straling van de zon.
UV-licht is behoorlijk hard voor moleculen omdat het ze gemakkelijk opsplitst in hun samenstellende delen. Grotere organische moleculen die samensmolten in de stoffige schijf waaruit onze planeten miljarden jaren geleden gevormd waren, zouden door de zonnestralen uit elkaar zijn gebroken, maar berekeningen van twee astronomen aan de Universiteit van Michigan laten zien dat duizenden oceanen aan water aanwezig zijn in een een protoplanetaire schijf kan voorkomen dat andere moleculen worden afgebroken.
Edwin (Ted) Bergin en Thomas Bethell, beiden van de afdeling Astronomie van de Universiteit van Michigan, berekenden dat in zonachtige systemen de overvloed aan water in een vroeg stadium veel van het ultraviolette licht van de centrale ster kan absorberen. Door te voorkomen dat andere moleculen worden afgebroken, blijven ze bestaan in de latere stadia van de ontwikkeling van de schijf. Met andere woorden, deze moleculen blijven rondhangen tot de vorming van planetesimalen en planeten, en dit mechanisme had de bestanddelen van het leven kunnen beschermen tegen de verwoestingen van de zon in ons eigen zonnestelsel.
Circumstellaire schijven gemodelleerd door Bergin en Bethell in hun paper zijn DR Tau, AS 205A en AA Tau.
Bergin vertelde Space Magazine: “Momenteel zijn er meer dan vier systemen met waterdamp waargenomen. Ze zijn allemaal consistent met ons model. Ik begrijp dat er door Spitzer talloze andere waterdampdetecties zijn, maar deze moeten nog worden gepubliceerd. De waterdamp die we zien wordt continu aangevuld door chemie op hoge temperatuur in deze systemen, dus je zou geen afbraak zien. ”
In systemen als het zonnestelsel vormen planeten uit een schijf van stof en gas die de jonge ster omringt. Deze grote, platte schijf stolt later in planeten, kometen en asteroïden. Nabij het midden van de schijf, tussen 1 en 5 astronomische eenheden, kan warme waterdamp in de schijf moleculen in deze laag "beschermen" tegen uit elkaar vallen door UV-licht.
H2O breekt af bij blootstelling aan UV-licht in waterstof en hydroxide. Het hydroxide kan verder worden opgesplitst in zuurstof- en waterstofatomen. Maar water, in tegenstelling tot andere moleculen, hervormt zich in een snel tempo en vult het schild van waterdamp aan.
Kleinere stofkorrels in de schijf vangen een deel van de UV-straling op in de vroege vormingsperioden van een protoplanetaire schijf. Zodra deze stofkorrels echter in grotere stukken beginnen te sneeuwballen, filtert het UV-licht door en breekt het moleculen uit elkaar in de binnenste delen van de schijf, waar planeten zich in hun vroege stadia van vorming bevinden.
Het vorige model voor hoe organische moleculen na dit punt bleven bestaan, suggereerde dat kometen van het buitenste deel van de schijf op de een of andere manier in het midden vallen, waardoor water vrijkomt om de schadelijke straling te absorberen. Maar dit model verklaarde de hydroxidemetingen voor de tot nu toe waargenomen schijven niet.
Als er voldoende water aanwezig is, wat het geval lijkt te zijn bij een handvol schijven die door de Spitzer-ruimtetelescoop zijn waargenomen, blijven deze andere moleculen intact en als bonus blijft het water in de binnenste delen van de schijf ook hangen.
Bergin vertelde Space Magazine: “Er zijn andere moleculen die zichzelf kunnen afschermen - CO en H2 - maar deze kunnen ook andere moleculen niet afschermen (omdat ze slechts een fractie van het spectrum van licht vangen). Water is de enige met een sterke formatie die vernietiging kan compenseren. Het biedt dan de volledige afscherming voor andere soorten. Het is onwaarschijnlijk dat een ander molecuul dit zal doen. '
Dit mechanisme beschermt alleen waterdamp en andere moleculen in het binnenste deel van de schijf, het dichtst bij de ster.
"Dit zal waarschijnlijk actief zijn in de binnenste AU - op een gegeven moment zal het tussen 5-10 AU inactief worden en zal het ongastvrij zijn voor verschillende soorten [moleculen]," zei Bergin.
Dus, waar gaat al het water naartoe als de planeten zich vormen? De damp die zich het dichtst bij de ster bevindt - binnen ongeveer 1 AU - wordt uiteindelijk door het sterrenlicht afgebroken tot waterstof en zuurstof. Op ongeveer 3 AU van de ster kan het water deel uitmaken van de planeten en asteroïden die zich in dat gebied vormen. Het kunnen zulke asteroïden zijn geweest die tijdens zijn vroege vorming water naar het oppervlak van de aarde droegen, waardoor onze oceanen werden gevuld. Buiten dit gebied wordt H2O afgebroken in waterstof en zuurstof en de ruimte in geblazen, zei Bergin.
Op de vraag of dit beschermende schild van water aanwezig was in ons eigen zonnestelsel, antwoordde Bergin: “Als we zeggen dat er duizenden oceanen van waterdamp in de bewoonbare zone waren, bedoelen we rond zonachtige sterren. Dit was vermoedelijk ook aanwezig rond onze zon. ”
Bron: Physorg, Science, e-mailinterview met Ted Bergin
