Μια εκπληκτική ανακάλυψη αποκαλύπτει την προέλευση του νερού στο ηλιακό μας σύστημα δισεκατομμύρια χρόνια πριν από τον ήλιο

Το ALMA εντοπίζει την ιστορία του νερού στο σχηματισμό πλανητών πίσω στο διαστρικό μέσο

Οι παρατηρήσεις του νερού στο δίσκο που σχηματίζεται γύρω από τον πρωτοάστρο V883 Ori έχουν αποκαλύψει ενδείξεις για το σχηματισμό κομητών και δευτερευόντων πλανητών στο ηλιακό μας σύστημα.

Οι επιστήμονες που μελετούν ένα κοντινό πρωτοάστρο εντόπισαν νερό στον περιφερειακό του δίσκο. Οι νέες παρατηρήσεις που έγιναν με το Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) αντιπροσωπεύουν την πρώτη ανίχνευση νερού που μπορεί να κληρονομηθεί σε έναν πρωτοπλανητικό δίσκο χωρίς σημαντικές αλλαγές στη σύνθεσή του. Αυτά τα ευρήματα δείχνουν επίσης ότι το νερό στο ηλιακό μας σύστημα σχηματίστηκε δισεκατομμύρια χρόνια πριν από τον ήλιο. Οι νέες παρατηρήσεις δημοσιεύτηκαν στις 8 Μαρτίου στο περιοδικό φύση.

Η εντύπωση αυτού του καλλιτέχνη δείχνει τον δίσκο που σχηματίζει πλανήτη γύρω από το αστέρι V883 Orionis. Το νερό στο εξωτερικό του δίσκου είναι παγωμένο σαν πάγος και επομένως δεν είναι εύκολα ανιχνεύσιμο. Μια έκρηξη ενέργειας από το αστέρι θερμαίνει τον εσωτερικό δίσκο σε μια θερμοκρασία όπου το νερό είναι αέριο, επιτρέποντας στους αστρονόμους να το ανιχνεύσουν.
Η ένθετη εικόνα δείχνει τους δύο τύπους μορίων νερού που μελετήθηκαν σε αυτόν τον δίσκο: απλό νερό, με ένα άτομο οξυγόνου και δύο άτομα υδρογόνου, και μια βαρύτερη έκδοση όπου το άτομο υδρογόνου αντικαθίσταται από δευτέριο, ένα βαρύ ισότοπο υδρογόνου.
Πίστωση: ESO/L. Calzada

Το V883 Orionis είναι ένα πρωτοάστρο που βρίσκεται περίπου 1.305 έτη φωτός από τη Γη στον αστερισμό του Ωρίωνα. Νέες παρατηρήσεις αυτού του πρωτοάστρου βοήθησαν τους επιστήμονες να βρουν μια πιθανή σχέση μεταξύ του νερού στο διαστρικό μέσο και του νερού στο ηλιακό μας σύστημα, επιβεβαιώνοντας ότι έχουν παρόμοια σύνθεση.

Το V883 Ori είναι ένας μοναδικός πρωτοαστέρας του οποίου η θερμοκρασία είναι αρκετά ζεστή ώστε το νερό στον περιβάλλοντα δίσκο του να έχει μετατραπεί σε αέριο, επιτρέποντας στους αστρονόμους του ραδιοφώνου να εντοπίσουν την προέλευση του νερού. Νέες παρατηρήσεις με τη χρήση της Συστοιχίας Μεγάλου Χιλιοστού/Υποχιλιοστού Atacama (ALMA) παρείχαν την πρώτη επιβεβαίωση ότι το νερό στο ηλιακό μας σύστημα μπορεί να προέρχεται από την ίδια θέση με το νερό στους δίσκους που περιβάλλουν τους πρωτοαστέρες αλλού στο σύμπαν: το διαστρικό μέσο. Πίστωση: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), B. Saxton (NRAO/AUI/NSF)

“Μπορούμε να σκεφτούμε τη διαδρομή του νερού μέσα από το σύμπαν ως ένα μονοπάτι. Γνωρίζουμε πώς μοιάζουν τα τελικά σημεία, που είναι το νερό σε πλανήτες και κομήτες, αλλά θέλαμε να εντοπίσουμε αυτό το μονοπάτι πίσω στην προέλευση του Νερού., κύριος συγγραφέας στο νέο Πριν από τώρα, μπορούσαμε να συσχετίσουμε τη Γη με τους κομήτες και τους πρωτοαστέρες με το διαστρικό μέσο, ​​αλλά δεν μπορούσαμε να συσχετίσουμε τους πρωτοαστέρες με τους κομήτες. Το V883 Ori το άλλαξε, αποδεικνύοντας ότι τα μόρια του νερού σε αυτό το σύστημα και στο ηλιακό μας σύστημα έχουν παρόμοια αναλογία δευτερίου και υδρογόνου. “

Χρήση[{” 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.

Τις περισσότερες φορές, το νερό στους δίσκους που περιβάλλουν τους πρωτοαστέρες έχει τη μορφή πάγου, που μερικές φορές εκτείνεται σε μεγάλες αποστάσεις από το αστέρι. Στην περίπτωση του V883 Ori, η γραμμή χιονιού εκτείνεται 80 μονάδες από το αστέρι. Αυτή είναι 80 φορές η απόσταση μεταξύ Γης και Ήλιου, όπως φαίνεται σε αυτό το κινούμενο σχέδιο. Αλλά η θερμοκρασία στο V883 Ori είναι αρκετά ζεστή ώστε μεγάλο μέρος του πάγου στο δίσκο του έχει μετατραπεί σε αέριο, επιτρέποντας στους αστρονόμους του ραδιοφώνου να μελετήσουν λεπτομερώς αυτό το νερό. Νέες παρατηρήσεις που χρησιμοποιούν τη Συστοιχία Μεγάλου Χιλιοστού/Υποχιλιοστού Atacama (ALMA) αποκαλύπτουν ότι το νερό στον δίσκο του V883 Ori έχει την ίδια βασική σύνθεση με το νερό σε αντικείμενα στο ηλιακό μας σύστημα. Αυτό δείχνει ότι το νερό στο ηλιακό μας σύστημα σχηματίστηκε δισεκατομμύρια χρόνια πριν από τον ήλιο στο διαστρικό μέσο. Πιστώσεις: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), J. Tobin, P. Saxton (NRAO/AUI/NSF)

«Αυτή η παρατήρηση υπογραμμίζει τις αξιοσημείωτες δυνατότητες του οργάνου ALMA να βοηθά τους αστρονόμους να μελετήσουν κάτι τόσο σημαντικό για τη ζωή στη Γη: το νερό», δήλωσε ο Joe Pesci, υπεύθυνος προγράμματος του Εθνικού Ιδρύματος Επιστημών στο ALMA. «Η κατανόηση των θεμελιωδών διεργασιών που είναι σημαντικές για εμάς στη Γη, και οι οποίες φαίνονται πολύ πέρα ​​από τον γαλαξία, ενημερώνει επίσης τη γνώση μας για το πώς λειτουργεί η φύση γενικά και για τις διαδικασίες που πρέπει να συμβούν για να εξελιχθεί το ηλιακό μας σύστημα σε αυτό που γνωρίζουμε σήμερα.”

Για να συνδέσει το νερό στον πρωτοπλανητικό δίσκο του V883 Ori με αυτό στο ηλιακό μας σύστημα, η ομάδα μέτρησε τη σύνθεσή του χρησιμοποιώντας τους εξαιρετικά ευαίσθητους δέκτες Band 5 (1,6 mm) και Band 6 (1,3 mm) της ALMA και διαπίστωσε ότι παραμένει σχετικά αμετάβλητος μεταξύ κάθε σταδίου του σχηματισμού του ηλιακού συστήματος: Πρωτοαστέρας, πρωτοπλανητικός δίσκος και κομήτες. Αυτό σημαίνει ότι το νερό στο ηλιακό μας σύστημα σχηματίστηκε πολύ πριν από το σχηματισμό του ήλιου, των πλανητών και των κομητών. Γνωρίζαμε ήδη ότι υπάρχει πολύς πάγος νερού στο διαστρικό μέσο. Τα αποτελέσματά μας δείχνουν ότι αυτό το νερό ενσωματώθηκε απευθείας στο ηλιακό σύστημα κατά τη διάρκεια του σχηματισμού του, δήλωσε ο Merrill van te Hoff, αστρονόμος στο Πανεπιστήμιο του Μίσιγκαν και ένας από τους συγγραφείς της εργασίας. «Αυτό είναι συναρπαστικό γιατί δείχνει ότι και άλλα πλανητικά συστήματα πρέπει να έχουν λάβει σημαντικές ποσότητες νερού επίσης».

Ενώ αναζητούν την προέλευση του νερού στο ηλιακό μας σύστημα, οι επιστήμονες εγκαταστάθηκαν στο V883 Orionis, ένα μοναδικό πρωτόαστρο που βρίσκεται 1.305 έτη φωτός από τη Γη. Σε αντίθεση με άλλους πρωτοαστέρες, ο περιαστρικός δίσκος που περιβάλλει το V883 Ori είναι αρκετά καυτός ώστε το νερό σε αυτόν έχει μετατραπεί από πάγο σε αέριο, επιτρέποντας στους επιστήμονες να μελετήσουν τη σύστασή του χρησιμοποιώντας ραδιοτηλεσκόπια όπως αυτά στη Συστοιχία Μεγάλου Χιλιοστού/Υποχιλιοστού Atacama (ALMA ). Οι ραδιοφωνικές παρατηρήσεις του πρωτοαστέρα αποκάλυψαν την παρουσία νερού (πορτοκαλί), λωρίδας σκόνης (πράσινη) και μοριακού αερίου (μπλε) που υποδηλώνουν ότι το νερό σε αυτό το πρωτοάστρο είναι πολύ παρόμοιο με το νερό σε αντικείμενα στο ηλιακό μας σύστημα και μπορεί να έχει ίδιες καταβολές. Πιστώσεις: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), J. Tobin, B. Saxton (NRAO/AUI/NSF)

Η αποσαφήνιση του ρόλου του νερού στην ανάπτυξη των κομητών και των μικρών πλανητών είναι κρίσιμη για την κατανόηση του τρόπου με τον οποίο εξελίχθηκε το ηλιακό μας σύστημα. Αν και ο Ήλιος πιστεύεται ότι έχει σχηματιστεί σε ένα πυκνό σμήνος αστεριών και το V883 Ori είναι σχετικά απομονωμένο χωρίς αστέρια κοντά, και τα δύο έχουν ένα σημαντικό κοινό: και τα δύο σχηματίστηκαν σε γιγάντια μοριακά νέφη.

«Είναι γνωστό ότι το μεγαλύτερο μέρος του νερού στο διαστρικό μέσο σχηματίζεται ως πάγος στις επιφάνειες μικροσκοπικών κόκκων σκόνης στα σύννεφα. Όταν αυτά τα σύννεφα καταρρέουν υπό τη δική τους βαρύτητα και σχηματίζουν νεαρά αστέρια, το νερό καταλήγει στους δίσκους γύρω τους. Τελικά, οι δίσκοι εξελίσσονται και οι κόκκοι της παγωμένης σκόνης πήζουν για να σχηματίσουν ένα νέο ηλιακό σύστημα με πλανήτες και κομήτες», δήλωσε η Margot Lemker, αστρονόμος στο Πανεπιστήμιο του Leiden και συν-συγγραφέας της εργασίας. «Δείξαμε ότι το νερό που παράγεται στα σύννεφα ακολουθεί αυτή τη διαδρομή σχεδόν αμετάβλητη. Έτσι, κοιτάζοντας το νερό στο δίσκο του V883 Ori, κοιτάμε πίσω στο χρόνο και βλέπουμε πώς έμοιαζε το ηλιακό μας σύστημα όταν ήταν πολύ νεότερο .»

Το V883 Orionis είναι ένα πρωτοάστρο που βρίσκεται περίπου 1.305 έτη φωτός από τη Γη στον αστερισμό του Ωρίωνα. Πίστωση: ESO/IAU και Sky & Telescope

Ο Tobin πρόσθεσε, “Μέχρι στιγμής, η αλυσίδα του νερού έχει σταματήσει στην ανάπτυξη του ηλιακού μας συστήματος. Το V883 Ori είναι ο κρίκος που λείπει σε αυτήν την περίπτωση, και τώρα έχουμε μια αδιάσπαστη αλυσίδα στην υδάτινη αλυσίδα από τους κομήτες και τους πρωτοαστέρες στο διαστρικό μέσο. ”

Για περισσότερα σχετικά με αυτήν την ανακάλυψη, δείτε το νερό στη Γη είναι παλαιότερο από τον ήλιο μας.

Παραπομπή: «Νερό εμπλουτισμένο με Δευτέριο δεσμεύει Δίσκους που σχηματίζουν Πλανήτες σε Κομήτες και Πρωτοστάρες» των John J. Tobin, Merrill L.R. Van Hove, Margot Lemker, Ewen F. Van Dishoek, Teresa Paneki-Carino, Kenji Furuya, Daniel Harsono, Magnus F Pearson, Elzidor Cleaves, Patrick D. Sheehan and Lucas Siza, 8 Μαρτίου 2023, Διαθέσιμο εδώ. φύση.
DOI: 10.1038/s41586-022-05676-z