Astronomen haben halbschweres Wasser in Form von Eis im Weltraum untersucht.

Wissenschaftler haben um einen jungen, sonnenähnlichen Stern Eis mit einem hohen Anteil an halbschwerem Wasser entdeckt. Dies ist die neueste Entdeckung der Niederländischen Forschungsschule für Astronomie (NOVA). Zu den Autoren der Studie gehört ein polnischer Astronom.

Schweres Wasser ist eine Wasserart, bei der anstelle von zwei gewöhnlichen Wasserstoffatomen im Wassermolekül zwei Atome Deuterium, ein schwereres Wasserstoffisotop, vorhanden sind. Schweres Wasser ist beispielsweise aus der Verwendung in Kernreaktoren bekannt. Es gibt jedoch auch Wasser, das eine Zwischenstellung zwischen gewöhnlichem und schwerem Wasser einnimmt. Es wird als halbschweres Wasser bezeichnet und in seinem Molekül befindet sich ein Wasserstoffatom aus gewöhnlichem und ein Deuteriumatom. Die chemische Formel für halbschweres Wasser lautet HDO.

Genau dieses halbschwere Wasser in Form von Eis haben Astronomen entdeckt. Das untersuchte Objekt ist L1527 IRS, ein Protostern, 460 Lichtjahre von uns entfernt und im Sternbild Stier sichtbar. Dieser Protostern ähnelt dem, was wir für das frühe Stadium der Sonnenentstehung halten.

Wissenschaftler haben den Deuteriumgehalt im Wasser um L1527 IRS gemessen. Er ähnelt dem einiger Kometen sowie den protoplanetaren Scheiben weiter entwickelter Sterne. Dies deutet auf einen uralten, kalten chemischen Ursprung des Wassers in diesen Objekten hin.

Laut Prof. Ewine van Dishoeck von der Universität Leiden, Co-Autorin des Artikels, ist dies ein weiterer Beweis dafür, dass sich das meiste Wassereis von den frühesten bis zu den späteren Stadien der Sternentstehung nicht verändert.

Die Messung des Verhältnisses von Deuteriumwasser zu Wasserstoffwasser ist eine Möglichkeit, den Ursprung von Wasser zu ermitteln. Eine große Menge an mittelschwerem Wasser ist ein Zeichen dafür, dass es an einem sehr kalten Ort entstanden ist, wie beispielsweise in den ursprünglichen dunklen Wolken aus Staub, Eis und Gas, aus denen Sterne entstehen.

Auf der Erde und im Sonnensystem, in Ozeanen, Kometen und Eismonden beträgt dieser Wert ein Molekül halbschweren Wassers für mehrere tausend Moleküle gewöhnlichen Wassers. Das ist etwa zehnmal mehr, als man aufgrund der chemischen Zusammensetzung der Sonne erwarten würde.

Daher wurde die Hypothese aufgestellt, dass ein Teil des Wassers im Sonnensystem aus Eis in dunklen Wolken stammt, die Hunderttausende von Jahren vor der Geburt der Sonne entstanden sind. Die für L1527 IRS erhaltenen Ergebnisse stützen diese Hypothese. In der Hülle dieses Protosterns wurde ein hoher Anteil an halbschwerem Wassereis nachgewiesen.

Die Beobachtungen wurden mit dem James-Webb-Weltraumteleskop (JWST) durchgeführt. Bevor das Webb-Teleskop ins All geschickt wurde, waren genaue Messungen dieses Indikators nur für Gas möglich. Nun ist es gelungen, dies auch für Eis zu tun.

Der gemessene Wert ist etwas höher als bei einigen Kometen im Sonnensystem und in den Ozeanen der Erde. Dafür könnte es verschiedene Gründe geben, beispielsweise Unterschiede in der chemischen Zusammensetzung der Wolken, aus denen die Sonne entstand und L1527 IRS geboren wurde, oder „unser“ Wasser könnte sich im Laufe der Entwicklung des Planetensystems leicht verändert haben.

Wissenschaftler planen, die Beobachtungen von 30 weiteren Protosternen und primordialen Dunkelwolken mit dem Webb-Teleskop fortzusetzen, um die Ursache der Unterschiede zu ergründen. Auch mit dem Radioteleskopnetzwerk ALMA werden Beobachtungen durchgeführt.

Die Forschungsergebnisse wurden in „The Astrophysical Journal Letters“ veröffentlicht. Erstautorin der Publikation ist Katerina Slavicinska, Doktorandin am Leidener Observatorium (Niederlande). Zu den Autoren gehört auch Łukasz Tychoniec, Absolvent der Adam-Mickiewicz-Universität in Toruń und derzeit am Leidener Observatorium tätig. (PAP)

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