Water in het Heelal - Leiden Observatory
Water in het Heelal - Leiden Observatory
Water in het Heelal - Leiden Observatory
Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
<strong>Water</strong> <strong>in</strong> <strong>het</strong> <strong>Heelal</strong><br />
Ew<strong>in</strong>e F. van Dishoeck<br />
Sterrewacht <strong>Leiden</strong>
Waarom water?<br />
Chemie van leven speelt zich af <strong>in</strong> water<br />
Onze cellen zijn voornamelijk water<br />
Leven ontstaat <strong>in</strong> water<br />
Geologie en klimaat van onze aarde<br />
wordt bepaald door water<br />
……
Waaruit bestaan wij?<br />
Leven op aarde
Fasc<strong>in</strong>atie met water<br />
Leonardo da V<strong>in</strong>ci:<br />
‘<strong>Water</strong> is <strong>het</strong> bloed van de planeet’<br />
Thales van Milete 6’e eeuw<br />
BC<br />
‘Alle materie komt uit water’
Based on Ehrenfreund & Charnley 2000<br />
Wat zijn de bouwstenen voor nieuwe<br />
planeten, i.h.b. water?
<strong>Water</strong>: 2 H + O
In den beg<strong>in</strong>ne: de Big Bang<br />
Vorm<strong>in</strong>g H<br />
Expansie heelal => afkoelen quark soep<br />
zodat protonen en neutronen gevormd<br />
kunnen worden, en uite<strong>in</strong>delijk atomen<br />
(1 m<strong>in</strong>uut na oerknal)<br />
Oerknal produceert alleen H, D, He en<br />
Li, niet de zwaardere elementen zoals O
Daarna?<br />
Fluctuaties <strong>in</strong><br />
oersoep<br />
De donkere<br />
eeuwen:<br />
Grote H wolken<br />
Het illum<strong>in</strong>atie<br />
Tijdperk:<br />
De eerste sterren<br />
Vandaag<br />
Vorm<strong>in</strong>g van melkwegstelsels<br />
Eiland sterren
Kosmische evolutie
Kernfusie <strong>in</strong> sterren:<br />
Vorm<strong>in</strong>g O
Wij zijn sterrenstof<br />
<br />
<br />
<br />
Kernfusie leidt tot vorm<strong>in</strong>g<br />
zwaardere elementen zoals O<br />
Deze elementen worden aan<br />
<strong>het</strong> e<strong>in</strong>de van <strong>het</strong> leven van<br />
een (zware) ster de ruimte <strong>in</strong><br />
gesl<strong>in</strong>gerd<br />
Dit gebeurt overal <strong>in</strong> onze<br />
Melkweg en zelfs <strong>in</strong> de eerste<br />
melkwegstelsels<br />
Crab nebula<br />
ESO
Verre melkwegstelsels<br />
Hubble Ultra<br />
Deep Field<br />
- Sommige van deze melkwegstelsels zijn ontstaan toen heelal nog maar<br />
5% van huidige leeftijd had<br />
- In deze melkwegstelsels worden al moleculen gevonden!
Het periodiek systeem van de astronoom<br />
0.1<br />
1.0<br />
by number<br />
3 1 5 10 -4<br />
4 10 -5 4 10 -5<br />
4 1 10 -5<br />
Stofdeeltjes: 10 -12 qua<br />
aantal<br />
B. McCall 2001
Interstellair water gas<br />
Ontdekt <strong>in</strong> 1969 <strong>in</strong> o.a. Orion nevel door<br />
Cheung et al. via 22 GHz maser<br />
Microwave amplification of stimulated emission radiation<br />
Masers waargenomen <strong>in</strong> veel (massieve)<br />
stervorm<strong>in</strong>gsgebieden <strong>in</strong> ons eigen melkweg en<br />
andere melkwegstelsels<br />
Bewijs voor bestaan zwart gat via nauwkeurige<br />
beweg<strong>in</strong>gen<br />
Interessant, maar geen <strong>in</strong>formatie over<br />
abondantie<br />
Normale water lijnen geblokt door atmosfeer
Orion nevel<br />
Hubble
Explosies <strong>in</strong> Orion<br />
Hoge snelheid<br />
uitstroom van<br />
gas => water!<br />
ISO-SWS<br />
Boonman et al. 2003
Welke vorm heeft water?<br />
Gas<br />
Vloeistof<br />
Alleen onder hoge druk, niet <strong>in</strong> de<br />
<strong>in</strong>terstellaire ruimte<br />
Ijs
Merkwaardige eigenschappen water<br />
Ijs drijft op vloiebaar water<br />
<strong>Water</strong> kookt bij hoge temperatuur (voor zijn massa)<br />
Beide eigenschappen zijn gevolg van waterstofbrugnetwerk
<strong>Water</strong>ijs structuur
Interstellaire ijs<br />
Gas vriest uit op stofdeeltjes =><br />
hydrogenatie O + H −> H 2 O
<strong>Water</strong> maken<br />
H 2<br />
CO<br />
NH 3<br />
CH 3<br />
OH<br />
H 2<br />
O<br />
ESO/J. Alves
Donkere wolken<br />
99% gas (H 2 )<br />
1% stof (0.1 µm<br />
silicaten)<br />
Temperatuur: ~10 K<br />
(-263 o C)<br />
Dichtheid: ~10000<br />
deeltjes per kubieke<br />
cm (millioen keer<br />
m<strong>in</strong>der dan <strong>in</strong> lab)
Lange<br />
golflengten<br />
HH 46 stervorm<strong>in</strong>gsgebied<br />
van optisch => IR<br />
Spitze<br />
r
Infrarood: absorptie<br />
Achtergrond ster<br />
Protoster<br />
Intensiteit<br />
Cont<strong>in</strong>uum due to hot dust<br />
Absorption by cold dust<br />
Golflengte
Sackler laboratory for astrophysics<br />
L<strong>in</strong>nartz, Fuchs, Bisschop, Öberg,<br />
Verbraak, Bouwman, Wehres, Ioppolo<br />
Schlemmer, Fraser, van Broekhuizen<br />
- Spectroscopie<br />
- Stick<strong>in</strong>g, desorptie van ijzen<br />
- UV bestral<strong>in</strong>g<br />
- Oppervlakte chemie<br />
- Gas-fase spectroscopie radicalen<br />
- ….<br />
- ….
Infrarode satellieten<br />
Spitzer 2003-<br />
ISO 1995-1998<br />
i.h.b. ISO-SWS<br />
Large part of <strong>in</strong>frared and submm blocked by atmosphere (i.p. H 2 O, O 2 and CO 2 )
ISO-SWS: <strong>in</strong>ventaris van ijzen<br />
Gibb et al. 2000
Hoge massa sterren<br />
GL 2591<br />
ISO SWS + LWS<br />
Boonman et al. 2003
Heet water<br />
- Protoster omhulsel bevat evenveel water als een miljoen oceanen!<br />
Boonman et al. 2003
Structuur protoster
<strong>Water</strong> abondantie: hoog en laag<br />
O → H 2 O bij hoge T<br />
Ijs verdamp<strong>in</strong>g<br />
Bovenlimiet<br />
Gas => ijs
Submillimeter satellieten<br />
SWA<br />
S<br />
<br />
Grote bundel<br />
ODI<br />
N
Gasfase water <strong>in</strong> wolken<br />
Meeste water is <strong>in</strong> ijs<br />
i.p.v. gas!
De volgende stap: Herschel Space <strong>Observatory</strong><br />
HIFI <strong>in</strong>strument<br />
SRON PI, Th. De Graauw<br />
Heterodyne spectroscopie<br />
550-1950 GHz =><br />
Gekoeld: hoge gevoeligheid<br />
Veel water gas lijnen!!!<br />
Launch 2008<br />
3.5 m => kle<strong>in</strong>e bundel!
Gasfase water: HIFI lijnen<br />
916<br />
1602<br />
1894
HIFI key programma:<br />
water <strong>in</strong> stervorm<strong>in</strong>gsgebieden<br />
- Een van ~7 HIFI key programma’s<br />
- Doel: volg water <strong>in</strong> verschillende stadia van<br />
ster- en planeetvorm<strong>in</strong>g<br />
- Samenwerk<strong>in</strong>g ~50 astronomen <strong>in</strong> ~15 <strong>in</strong>stituten<br />
Nederland = <strong>Water</strong>land!
Scenario voor ster en planeetvorm<strong>in</strong>g<br />
uitstroom<br />
Factor 1000<br />
kle<strong>in</strong>er<br />
<strong>in</strong>val<br />
Ineenstort<strong>in</strong>g wolk<br />
Protoster met schijf<br />
t=0 t=10 5 yr<br />
Vorm<strong>in</strong>g planeten<br />
Zonnestelsel<br />
t=10 6 -10 7 yr t>10 8 yr<br />
Fig. by McCaughrean
Donkere wolken<br />
NGC 281<br />
1 lichtjaar
Ophiuchus stervorm<strong>in</strong>gsgebied: lage massa stervorm<strong>in</strong>g<br />
Spitzer<br />
IRAC GTO<br />
L1688 cluster<br />
IRS46<br />
CRBR2422.8<br />
Ophiuchus core<br />
LL Allen et al. <strong>in</strong> prep.
Uitstroom van protosterren<br />
- ISO => Sterke water lijnen!
Protoplanetaire schijven
<strong>Water</strong> ijs <strong>in</strong> schijf<br />
Pontoppidan, Dullemond et al.<br />
2005
Protoplanetaire schijf
Hete organische gassen? <strong>Water</strong>?<br />
Lahuis et al.<br />
2006
Komeet Hale-Bopp<br />
Chemische compositie vergelijkbaar met <strong>in</strong>terstellaire ijzen<br />
Hebben kometen water op aarde gebracht? HDO/H 2 O?
Kunnen kometen water op nieuwe planeten brengen?<br />
Comet soup
Exo-planetaire stelsels<br />
Meer dan 150 exoplaneten bekend<br />
Star<br />
U And system<br />
Sun<br />
Our solar system<br />
Earth<br />
Jupiter
Bewoonbare Zone: niet te heet, niet te koud<br />
=> vloeibaar water<br />
Terrestrial planet accretion
<strong>Water</strong> <strong>in</strong> aardse atmosfeer
Based on Ehrenfreund & Charnley 2000<br />
<strong>Water</strong> kr<strong>in</strong>gloop
Change language