Niesamowite odkrycie ujawnia pochodzenie wody w naszym Układzie Słonecznym miliardy lat przed Słońcem

ALMA śledzi historię wody w formowaniu się planet aż do ośrodka międzygwiezdnego

Obserwacje wody w dysku formującym się wokół protogwiazdy V883 Ori ujawniły wskazówki dotyczące formowania się komet i mniejszych planet w naszym Układzie Słonecznym.

Naukowcy badający pobliską protogwiazdę wykryli wodę w jej dysku obwodowym. Nowe obserwacje wykonane za pomocą Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) stanowią pierwsze wykrycie dziedzicznej wody w dysku protoplanetarnym bez znaczących zmian w jego składzie. Odkrycia te wskazują również, że woda w naszym Układzie Słonecznym powstała miliardy lat przed Słońcem. Nowe obserwacje zostały opublikowane 8 marca w czasopiśmie Natura.

Wizja tego artysty przedstawia dysk formujący planety wokół gwiazdy V883 Orionis. Woda na zewnętrznej stronie dysku jest zamarznięta jak lód i dlatego nie jest łatwa do wykrycia. Wybuch energii z gwiazdy podgrzewa wewnętrzny dysk do temperatury, w której woda jest w stanie gazowym, co umożliwia astronomom wykrycie go.
Wstawka pokazuje dwa rodzaje cząsteczek wody badane na tym dysku: zwykłą wodę, z jednym atomem tlenu i dwoma atomami wodoru oraz cięższą wersję, w której atom wodoru jest zastąpiony deuterem, ciężkim izotopem wodoru.
Źródło: ESO/L.Calzada

V883 Orionis to protogwiazda znajdująca się około 1305 lat świetlnych od Ziemi w gwiazdozbiorze Oriona. Nowe obserwacje tej protogwiazdy pomogły naukowcom znaleźć możliwy związek między wodą w ośrodku międzygwiazdowym a wodą w naszym Układzie Słonecznym, potwierdzając, że mają one podobny skład.

V883 Ori to wyjątkowa protogwiazda, której temperatura jest na tyle wysoka, że ​​woda w otaczającym ją dysku zamieniła się w gaz, umożliwiając radioastronomom prześledzenie pochodzenia wody. Nowe obserwacje za pomocą Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) dostarczyły pierwszego potwierdzenia, że ​​woda w naszym Układzie Słonecznym może pochodzić z tego samego miejsca, co woda w dyskach otaczających protogwiazdy w innych częściach wszechświata: z ośrodka międzygwiazdowego. Źródło: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), B. Saxton (NRAO/AUI/NSF)

„Możemy myśleć o ścieżce wody przez wszechświat jako o ścieżce. Wiemy, jak wyglądają punkty końcowe, którymi są woda na planetach i kometach, ale chcieliśmy prześledzić tę drogę z powrotem do początków wody., główny autor nowego papier.” Wcześniej mogliśmy kojarzyć Ziemię z kometami, a protogwiazdy z ośrodkiem międzygwiezdnym, ale nie mogliśmy kojarzyć protogwiazd z kometami. V883 Ori to zmienił, udowadniając, że cząsteczki wody w tym układzie iw naszym układzie słonecznym mają podobne proporcje deuteru i wodoru. „

Używać[{” attribute=””>ALMA, astronomers have detected the chemical signature of gaseous water in the planet-forming disc V883 Orionis. This acts as a timestamp for the water’s formation, allowing us to trace its journey. Credit: ESO

Observing water in the circumstellar disks around protostars is difficult because in most systems water is present in the form of ice. When scientists observe protostars they’re looking for the water snow line or ice line, which is the place where water transitions from predominantly ice to gas, which radio astronomy can observe in detail. “If the snow line is located too close to the star, there isn’t enough gaseous water to be easily detectable and the dusty disk may block out a lot of the water emission. But if the snow line is located further from the star, there is sufficient gaseous water to be detectable, and that’s the case with V883 Ori,” said Tobin, who added that the unique state of the protostar is what made this project possible.

V883 Ori’s disk is quite massive and is just hot enough that the water in it has turned from ice to gas. That makes this protostar an ideal target for studying the growth and evolution of solar systems at radio wavelengths.

Przez większość czasu woda w dyskach otaczających protogwiazdy ma postać lodu, czasami rozciągającego się na duże odległości od gwiazdy. W przypadku V883 Ori linia śniegu rozciąga się na 80 jednostek od gwiazdy; Jest to 80-krotność odległości między Ziemią a Słońcem, jak pokazano na tej animacji. Ale temperatura w V883 Ori jest na tyle wysoka, że ​​znaczna część lodu na jego dysku zamieniła się w gaz, co umożliwia radioastronomom szczegółowe badanie tej wody. Nowe obserwacje przy użyciu Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) ujawniły, że woda w dysku V883 Ori ma taki sam podstawowy skład jak woda na obiektach w naszym Układzie Słonecznym. Wskazuje to, że woda w naszym Układzie Słonecznym powstała miliardy lat przed Słońcem w ośrodku międzygwiazdowym. Źródło: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), J. Tobin, P. Saxton (NRAO/AUI/NSF)

„Ta obserwacja podkreśla niezwykłe możliwości instrumentu ALMA w pomaganiu astronomom w badaniu czegoś tak ważnego dla życia na Ziemi: wody” – powiedział Joe Pesci, oficer programowy National Science Foundation w ALMA. „Zrozumienie fundamentalnych procesów, które są dla nas ważne na Ziemi i które są widoczne daleko poza galaktyką, wzbogaca naszą wiedzę o tym, jak ogólnie działa przyroda, oraz o procesach, które muszą zachodzić, aby nasz Układ Słoneczny ewoluował w to, co znamy” Dzisiaj.”

Aby połączyć wodę w dysku protoplanetarnym V883 Ori z wodą w naszym Układzie Słonecznym, zespół zmierzył jej skład za pomocą bardzo czułych odbiorników ALMA Band 5 (1,6 mm) i Band 6 (1,3 mm) i stwierdził, że pozostaje on względnie niezmieniony pomiędzy poszczególnymi etapami formowania się Układu Słonecznego: Protogwiazda, dysk protoplanetarny i komety. Oznacza to, że woda w naszym Układzie Słonecznym powstała na długo przed powstaniem Słońca, planet i komet. Wiedzieliśmy już, że w ośrodku międzygwiazdowym jest dużo lodu wodnego. Nasze wyniki pokazują, że ta woda została włączona bezpośrednio do Układu Słonecznego podczas jego formowania, powiedział Merrill van te Hoff, astronom z University of Michigan i jeden z autorów artykułu. „To ekscytujące, ponieważ wskazuje, że inne układy planetarne również musiały otrzymać znaczne ilości wody”.

Poszukując pochodzenia wody w naszym Układzie Słonecznym, naukowcy osiedlili się na V883 Orionis, wyjątkowej protogwiazdie znajdującej się 1305 lat świetlnych od Ziemi. W przeciwieństwie do innych protogwiazd, dysk okołogwiazdowy otaczający V883 Ori jest wystarczająco gorący, aby woda w nim zmieniła się z lodu w gaz, co umożliwia naukowcom badanie jego składu za pomocą radioteleskopów, takich jak Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA). ). Obserwacje radiowe protogwiazdy ujawniły obecność wody (kolor pomarańczowy), smugi pyłu (kolor zielony) i gazu cząsteczkowego (kolor niebieski), co wskazuje, że woda na tej protogwiazdie jest bardzo podobna do wody na obiektach w naszym Układzie Słonecznym i może mieć to samo pochodzenie. Źródło: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), J. Tobin, B. Saxton (NRAO/AUI/NSF)

Wyjaśnienie roli wody w rozwoju komet i mniejszych planet ma kluczowe znaczenie dla zrozumienia ewolucji naszego Układu Słonecznego. Chociaż uważa się, że Słońce powstało w gęstej gromadzie gwiazd, a V883 Ori jest stosunkowo odizolowana i nie ma w pobliżu żadnych gwiazd, obie mają jedną ważną wspólną cechę: obie powstały w gigantycznych obłokach molekularnych.

„Wiadomo, że większość wody w ośrodku międzygwiazdowym tworzy się w postaci lodu na powierzchniach drobnych ziaren pyłu w chmurach. Kiedy te chmury zapadają się pod wpływem własnej grawitacji i tworzą młode gwiazdy, woda trafia do otaczających je dysków. Ostatecznie dyski ewoluują, a lodowe ziarna pyłu koagulują, tworząc nowy układ słoneczny z planetami i kometami” – powiedziała Margot Lemker, astronom z Leiden University i współautorka artykułu. „Pokazaliśmy, że woda wytwarzana w chmurach podąża tą drogą prawie niezmieniona. Tak więc patrząc na wodę w dysku V883 Ori, cofamy się w czasie i widzimy, jak wyglądał nasz Układ Słoneczny, gdy był znacznie młodszy” ”.

V883 Orionis to protogwiazda znajdująca się około 1305 lat świetlnych od Ziemi w gwiazdozbiorze Oriona. Źródło: ESO/IAU oraz Sky & Telescope

Tobin dodał: „Jak dotąd łańcuch wodny utknął w rozwoju naszego Układu Słonecznego. V883 Ori jest w tym przypadku brakującym ogniwem, a teraz mamy nieprzerwany łańcuch w łańcuchu wodnym od komet i protogwiazd do ośrodka międzygwiezdnego. ”

Więcej informacji na temat tego odkrycia można znaleźć w artykule Woda na Ziemi jest starsza niż nasze Słońce.

Odniesienie: „Deuterium-Enriched Water Binds Planet-forming Disks to Comets and Protostars” John J. Tobin, Merrill LR Van Hove, Margot Lemker, Ewen F. Van Dishoek, Teresa Paneki-Carino, Kenji Furuya, Daniel Harsono, Magnus F. Pearson, Elzidor Cleaves, Patrick D. Sheehan i Lucas Siza, 8 marca 2023 r., dostępne tutaj. Natura.
DOI: 10.1038/s41586-022-05676-z