Water in de ruimte Waar komt het water in onze oceanen vandaan? www.strw.leidenuniv.nl/wish Ewine F. van Dishoeck Sterrewacht Leiden
Zon= Ster Ons zonnestelsel Planeten Wikipedia.org Sinds 1995, >1000 exoplaneten ontdekt rond andere sterren dan de Zon
Waarom water? Chemie van leven speelt zich af in water Onze cellen zijn voornamelijk water Leven ontstaat in water Geologie en klimaat van onze aarde (en dat van exo-planeten) wordt bepaald door water
Water: 2 H + O
In den beginne: de Big Bang Vorming waterstof Expansie heelal => afkoelen quark soep zodat protonen en neutronen gevormd kunnen worden, en uiteindelijk atomen (1 minuut na oerknal) Oerknal produceert alleen H, D, He en Li, niet de zwaardere elementen zoals O NASA/WMAP
Daarna? Fluctuaties in oersoep Het illuminatie tijdperk: De eerste sterren Vandaag De donkere eeuwen: Grote H wolken Vorming van melkwegstelsels
Kernfusie in sterren: Vorming O Wikipedia.org 12 C + 4 He 16 O
Verre melkwegstelsels NASA/ESA/StScI Teplitz et al. 2014 Bouwens et al. 2011 - Sommige van deze melkwegstelsels zijn ontstaan toen heelal nog maar 5% van huidige leeftijd had - In deze melkwegstelsels wordt al zuurstof en moleculen (incl. water) gevonden!
Wij zijn sterrenstof Kernfusie leidt tot vorming zwaardere elementen zoals O Deze elementen worden aan het einde van het leven van een (zware) ster de ruimte in geslingerd Dit gebeurt overal in onze Melkweg en zelfs in de eerste melkwegstelsels Crab nevel SN restant ESO
Waar wordt water gemaakt? H 2 CO CH 3 OH CO H 2 O Stof met ijsmantels NH 3 H 2 O? 0.3 mm T~10 K n ~10000 cm -3 ESO Veel moleculen vastgevroren op de stofdeeltjes
Waterijs H2O 100 CO 10-200 CH4 3-10 NH 3 3-8 CH3OH 2-30 CO2 20-40 H 2 O 100 Boogert et al. 2004 Fig. by S. Bottinelli
Vorming van water op stofdeeltjes Filmpje, gebaseerd op laboratorium metingen in het Sackler lab Water moleculen in uw lichaam zijn al 4.5 mijard jaar geleden gevormd
Welke vorm heeft water? Gas Vloeistof Ijs Alleen onder hoge druk, niet in de interstellaire ruimte
Merkwaardige eigenschappen water Ijs drijft op vloeibaar water Water kookt bij hoge temperatuur (voor zijn massa) Water is uitstekend oplosmiddel Al deze eigenschappen zijn gevolg van waterstofbrugnetwerk Wikipedia.org
Waterijs structuur Andersson et al. 2006 Waterstofbruggen
Vorming sterren en planeten B. Saxton NRAO
De water jager: Herschel Space Observatory HIFI instrument SRON PI, Th. De Graauw Lancering 14 mei 2009-2013 ESA 3.5 m Heterodyne spectroscopie 550-1950 GHz => hoge gevoeligheid Veel water gas lijnen!!!
Water In Star-forming regions with Herschel The WISH team Leiden, April 2010 Frascati, October 2014 425 hr guaranteed time program 70+ scientists from 30 institutions (PI: EvD) 60 refereed papers Summary in van Dishoeck et al. 2011, PASP Bergin & van Dishoeck 2012, van Dishoeck et al. 2013, Chem. Rev., 2014 PPVI
HIFI resultaten: Veel waterdamp bij jonge sterren Zon-achtige sterren Spitzer background NGC 1333 Kristensen et al. 2010
Eerste waterkaart van een protoster 3 Nisini et al. 2010 Water in de straalstroom ( jet ) van protoster
Eerste detectie water reservoir in schijf Herschel-HIFI NASA/Spitzer/R. Hurt animation Schijf heeft voldoende water voor 6000 oceanen Hogerheijde et al. 2011, Science
Vorming van planetesimalen Stofdeeltjes (inclusief water) klitten aan elkaar tot grotere deeltjes ESO Wikipedia.org
Van stofdeeltjes tot planetesimalen tot embryos tot planeten stof, bakstenen < meters Planetesimalen kilometers Water ijs versnelt coagulatie Planeet embryos Maan (1 AU)-to-Mars (2 AU) grootte NASA J. Lunine
Water reservoirs in ons zonnestelsel Aarde - Aarde heeft > 10x zoveel water als verwacht Morbidelli et al. 2012 vd et al. 2014
image credit: NOAO + Jack Cook (Woods Hole) & Howard Perlman (USGS) Alles bij-elkaar heeft aarde niet zoveel water 71% oppervlak bedekt met water Volume 1.4x10 9 km 3
Eccentriciteit Hoe komen water-rijke planetesimalen bij aarde? Water arm J S Water rijk Asteroide Gordel Droog Nat Aarde Afstand tot ster Grand Tack scenario Walsh et al. 2011 vd et al. 2014
Kometen: ijzige rotsblokken Bodes uit ons vroege zonnestelsel E. Kolmhofer, H. Raab www.sternwarte.at Chemische samenstelling vergelijkbaar met interstellaire ijzen Hebben kometen water op aarde gebracht? HDO/H 2 O?
HDO/H 2 O in komeet Hartley 2 HIFI ESA/NASA/ Herschel Hartogh et al. 2011, Nature
Oorsprong water op aarde? ESA/NASA/Herschel Zelfde verhouding: HDO/H 2 O=1.5 10-4
HDO/H 2 O als diagnostiek oorsprong water Kometen M. Persson vd et al. 2014 Is HDO/H 2 O al bepaald in de wolk voordat stervorming begon? Water is ouder dan de zon (Cleeves et al.)
Hebben andere planeten ook water? NASA/ESA
Bewoonbare zone ESO Aarde ligt in de bewoonbare zone met temperaturen waarbij water vloeibaar is
Toekomstige telescopen NASA James Webb Space Telescope ~6 m diameter 2018 European Southern Observatory (ESO) European Extremely Large Telescope ~39m diameter ~ 2024 ESO
ALMA: Inzoomen op stervorming Inauguratie 13 maart 2013 ESO/NRAO/NAOJ
Samenvatting Water wordt overal in de donkere wolken in de ruimte gevormd Wolken storten ineen om nieuwe sterren en planeten te vormen Meeste jonge sterren hebben voldoende materiaal om planetenstelsel te vormen Water kan door inslagen van kometen en asteroiden op nieuwe planeet worden gebracht Rosetta missie gaat ons meer over ons vroege zonnestelsel leren
Rosetta: landen op een komeet Woensdag 12 november 2014
Rosetta op weg naar komeet 67P/Churyumov-Gerasimenko Zie filmpje 12 years in space Periodieke komeet iedere 6.45 jaar ESA-Rosetta Sci.esa.int/rosetta Veel instrumenten aan bood van orbiter en lander om komeet te bestuderen
Instrumenten op orbiter Ion analyzer Dust imaging Mm spectroscopy Dust analyzer Mass spectrometer Radio Sounding Plasma O/IR spectroscopy O/IR imaging UV spectroscopy Plasma magnetism
Komeet 67 p/c-g De Eend Diameter ~4km ESA-Rosetta
Blow-up Landing site
Kometen zijn zwart! Object Albedo Enceladus 1.0 Aarde 0.31 Maan 0.12 Rosetta 0.06 Dichtheid: ~0.4 gr cm -3 zeer poreus, mix van rots en ijs
Geur van rotte eieren... Bepaling HDO/H 2 O
Zie filmpje Rosetta landing
Signaal neemt 28 min om op aarde te komen
Instrumenten op de lander
Veel succes Rosetta! sci.esa.int/rosetta
Acknowledgments Figuren en filmpjes van: European Southern Observatory www.eso.org NASA/Hubble Space Telescope hubblesite.org NASA/Spitzer Space Telescope www.spitzer.caltech.edu ESA/Herschel Space Observatory herschel.esac.esa.int Atacama Large Millimeter array www.almaobservatory.org ESA Rosetta mission to comet sci.esa.int/rosetta/
Links naar filmjes http://www.spitzer.caltech.edu/video-audio/691-ssc2004-08v3- Forming-a-Planetary-Gap http://www.spitzer.caltech.edu/video-audio/689-ssc2004-08v2-icy- Organics-in-Planet-Forming-Disks http://hubblesite.org/newscenter/archive/releases/2010/29/video/a/ http://www.almaobservatory.org/en/visuals/videos?start=22 http://www.spitzer.caltech.edu/video-audio/722-ssc2004-17v1- When-Worlds-Collide Rosetta: zie ESA Rosetta website Vorming water op stofdeeltjes: zie WISH website, klik op outreach