Úžasný objev odhaluje původ vody v naší sluneční soustavě miliardy let před Sluncem

ALMA sleduje historii vody při formování planet zpět do mezihvězdného prostředí

Pozorování vody na disku tvořícím se kolem protohvězdy V883 Ori odhalila vodítka o vzniku komet a menších planetek v naší sluneční soustavě.

Vědci studující blízkou protohvězdu detekovali vodu v jejím obvodovém disku. Nová pozorování provedená pomocí Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) představují první detekci vody dědičné v protoplanetárním disku bez významných změn v jejím složení. Tato zjištění také naznačují, že voda v naší sluneční soustavě vznikla miliardy let před Sluncem. Nová pozorování byla publikována 8. března v časopise Příroda.

Obraz tohoto umělce ukazuje planetární disk kolem hvězdy V883 Orionis. Voda na vnější straně disku je zmrzlá jako led, a proto není snadno zjistitelná. Výbuch energie z hvězdy zahřeje vnitřní disk na teplotu, kdy je voda plynná, což astronomům umožňuje ji detekovat.
Vložený obrázek ukazuje dva typy molekul vody studované na tomto disku: obyčejnou vodu s jedním atomem kyslíku a dvěma atomy vodíku a těžší verzi, kde je atom vodíku nahrazen deuteriem, těžkým izotopem vodíku.
Kredit: ESO/L. Calzada

V883 Orionis je protohvězda nacházející se asi 1305 světelných let od Země v souhvězdí Orionu. Nová pozorování této protohvězdy pomohla vědcům najít možnou souvislost mezi vodou v mezihvězdném prostředí a vodou v naší sluneční soustavě tím, že potvrdila, že mají podobné složení.

V883 Ori je unikátní protohvězda, jejíž teplota je natolik vysoká, že se voda v jejím okolním disku proměnila v plyn, což radioastronomům umožňuje vysledovat původ vody. Nová pozorování pomocí Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) poskytla první potvrzení, že voda v naší sluneční soustavě může pocházet ze stejného místa jako voda na discích obklopujících protohvězdy jinde ve vesmíru: z mezihvězdného média. Kredit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), B. Saxton (NRAO/AUI/NSF)

„Cestu vody vesmírem můžeme považovat za cestu. Víme, jak vypadají koncové body, kterými jsou voda na planetách a kometách, ale chtěli jsme vysledovat tuto cestu zpět k počátkům Vody.“, hlavní autor nového „Dříve jsme mohli spojovat Zemi s kometami a protohvězdy s mezihvězdným prostředím, ale nemohli jsme spojovat protohvězdy s kometami. V883 Ori to změnil a dokázal, že molekuly vody v této soustavě a v naší sluneční soustavě mají podobný podíl deuteria a vodíku. „

Použití[{“ 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.

Většinu času je voda v discích obklopujících protohvězdy ve formě ledu, který se někdy rozprostírá na velké vzdálenosti od hvězdy. V případě V883 Ori přesahuje sněžná čára 80 jednotek od hvězdy; To je 80násobek vzdálenosti mezi Zemí a Sluncem, jak ukazuje tato animace. Ale teplota ve V883 Ori je natolik vysoká, že se velká část ledu na jejím disku proměnila v plyn, což umožňuje radioastronomům podrobně studovat tuto vodu. Nová pozorování pomocí Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) odhalují, že voda v disku V883 Ori má stejné základní složení jako voda na objektech v naší sluneční soustavě. To naznačuje, že voda v naší sluneční soustavě vznikla miliardy let před Sluncem v mezihvězdném prostředí. Kredit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), J. Tobin, P. Saxton (NRAO/AUI/NSF)

„Toto pozorování zdůrazňuje pozoruhodné schopnosti přístroje ALMA při pomoci astronomům studovat něco tak důležitého pro život na Zemi: vodu,“ řekl Joe Pesci, programový ředitel National Science Foundation v ALMA. „Porozumění základním procesům, které jsou pro nás na Zemi důležité a které jsou vidět daleko za galaxií, také informuje naše znalosti o tom, jak příroda obecně funguje, ao procesech, které musí nastat, aby se naše sluneční soustava vyvinula do toho, co známe. dnes.“

Aby tým spojil vodu v protoplanetárním disku V883 Ori s tím v naší sluneční soustavě, změřil tým její složení pomocí vysoce citlivých přijímačů Band 5 (1,6 mm) a Band 6 (1,3 mm) společnosti ALMA a zjistil, že mezi jednotlivými stupni zůstává relativně nezměněna. formování sluneční soustavy: Protostar, protoplanetární disk a komety. To znamená, že voda v naší sluneční soustavě vznikla dávno před vznikem Slunce, planet a komet. Už jsme věděli, že v mezihvězdném prostředí je hodně vodního ledu. Naše výsledky ukazují, že tato voda byla začleněna přímo do sluneční soustavy během jejího formování, řekl Merrill van te Hoff, astronom z University of Michigan a jeden z autorů článku. „Je to vzrušující, protože to naznačuje, že i jiné planetární systémy musely dostat značné množství vody.“

Při hledání původu vody v naší sluneční soustavě se vědci usadili na V883 Orionis, unikátní protohvězdě nacházející se 1305 světelných let od Země. Na rozdíl od jiných protohvězd je cirkumstelární disk obklopující V883 Ori natolik horký, že se v něm voda proměnila z ledu na plyn, což umožňuje vědcům studovat jeho složení pomocí radioteleskopů, jako jsou ty na Atacama Large Millimeter/submilimeter Array (ALMA). ). Rádiová pozorování protohvězdy odhalila přítomnost vody (oranžová), prachového pruhu (zelená) a molekulárního plynu (modrá), což naznačuje, že voda na této protohvězdě je velmi podobná vodě na objektech v naší sluneční soustavě a může mít stejný původ. Kredit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), J. Tobin, B. Saxton (NRAO/AUI/NSF)

Objasnění role vody ve vývoji komet a malých planet je zásadní pro pochopení toho, jak se naše sluneční soustava vyvíjela. I když se předpokládá, že Slunce vzniklo v hustém shluku hvězd a V883 Ori je relativně izolovaný a v blízkosti nejsou žádné hvězdy, obě mají jednu důležitou věc společnou: obě se vytvořily v obřích molekulárních mračnech.

„Je známo, že většina vody v mezihvězdném prostředí se tvoří jako led na povrchu drobných prachových zrnek v mracích. Když se tato oblaka zhroutí vlastní gravitací a vytvoří mladé hvězdy, voda skončí v discích kolem nich.“ Nakonec se disky vyvinou a ledová prachová zrna se srazí a vytvoří novou sluneční soustavu s planetami a kometami,“ řekla Margot Lemker, astronomka z Leidenské univerzity a spoluautorka článku. „Ukázali jsme, že voda, která se vyrábí v mracích, sleduje tuto cestu téměř beze změny. Takže když se podíváme na vodu na disku V883 Ori, podíváme se zpět v čase a uvidíme, jak naše sluneční soustava vypadala, když byla mnohem mladší.“ .“

V883 Orionis je protohvězda nacházející se asi 1305 světelných let od Země v souhvězdí Orion. Kredit: ESO/IAU a Sky & Telescope

Tobin dodal: „Doposud se vodní řetězec ve vývoji naší sluneční soustavy zastavil. V883 Ori je v tomto případě chybějící článek a nyní máme nepřerušený řetězec ve vodním řetězci od komet a protohvězd k mezihvězdnému médiu.“ “

Více o tomto objevu najdete v článku Voda na Zemi je starší než naše Slunce.

Reference: „Voda obohacená deuteriem váže planetotvorné disky ke kometám a protohvězdám“ od 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 a Lucas Siza, 8. března 2023, k dispozici zde. Příroda.
DOI: 10.1038/s41586-022-05676-z