يكشف نجم `` المعتدل '' عن خطوة خفية سابقًا في كيفية وصول الماء إلى الأرض

بدون الماء ، لا يمكن أن توجد الحياة على الأرض كما هي اليوم. يعد فهم تاريخ الماء في الكون أمرًا بالغ الأهمية لفهم كيفية ظهور كواكب مثل الأرض.

يشير علماء الفلك عادةً إلى رحلة الماء التي تأخذها من تكوينها كجزيئات فردية في الفضاء إلى مكان راحتها على أسطح الكواكب على أنها "مسار الماء". يبدأ المسار في الوسط النجمي بغاز الهيدروجين والأكسجين وينتهي بالمحيطات والقلنسوات الجليدية على الكواكب ، مع أقمار جليدية تدور حول عمالقة الغاز والمذنبات الجليدية والكويكبات التي تدور حول النجوم. من السهل رؤية بدايات ونهايات هذا المسار ، لكن الوسط ظل لغزا.

أنا عالم فلك الذي يدرس تكوين النجوم والكواكب باستخدام الملاحظات من التلسكوبات الراديوية والأشعة تحت الحمراء. في ورقة جديدة ، أصف أنا وزملائي القياسات الأولى على الإطلاق من هذا الجزء الأوسط المخفي سابقًا من مسار المياه وما تعنيه هذه النتائج للمياه الموجودة على كواكب مثل الأرض.

كيف تتشكل الكواكب

يتشابك تكوين النجوم والكواكب. إن ما يسمى ب "فراغ الفضاء" - أو الوسط بين النجوم - يحتوي في الواقع كميات كبيرة من غاز الهيدروجين، وكميات أصغر من الغازات الأخرى ، و حبيبات الغبار. بسبب الجاذبية ، ستصبح بعض الجيوب في الوسط النجمي أكثر كثافة حيث تجذب الجسيمات بعضها البعض وتشكل الغيوم. مع زيادة كثافة هذه الغيوم ، تبدأ الذرات في الاصطدام بشكل متكرر و تشكل جزيئات أكبر، بما في ذلك الماء الذي يتكون على حبيبات الغبار ويغطي الغبار بالجليد.

تبدأ النجوم بالتشكل عندما تصل أجزاء من السحابة المنهارة إلى كثافة معينة وتسخن بدرجة كافية لبدء دمج ذرات الهيدروجين معًا. نظرًا لأن جزءًا صغيرًا فقط من الغاز ينهار في البداية في النجم الأولي لحديثي الولادة ، فإن باقي الغاز والغبار يشكل قرصًا مسطحًا من المواد يدور حول النجم الوليد الوليد. يطلق علماء الفلك على هذا القرص الكوكبي الأولي.

عندما تصطدم جزيئات الغبار الجليدية ببعضها البعض داخل قرص كوكبي أولي ، يبدأون في التكتل معًا. تستمر العملية وتشكل في النهاية أجسامًا مألوفة في الفضاء مثل الكويكبات والمذنبات والكواكب الصخرية مثل الأرض وعمالقة الغاز مثل كوكب المشتري أو زحل.

نظريتان لمصدر المياه

هناك مساران محتملان يمكن أن يسلكهما الماء في نظامنا الشمسي. الأول يسمى الوراثة الكيميائية، هو عندما يتم تسليم جزيئات الماء التي تشكلت في الأصل في الوسط البينجمي إلى أقراص الكواكب الأولية وجميع الأجسام التي تخلقها دون المرور بأي تغييرات.

النظرية الثانية تسمى إعادة تعيين الكيميائية. في هذه العملية ، تعمل الحرارة الناتجة عن تكوين القرص الكوكبي الأولي والنجم الوليد على تفتيت جزيئات الماء ، والتي يتم إصلاحها بعد ذلك بمجرد أن يبرد قرص الكواكب الأولي.

لاختبار هذه النظريات ، ينظر علماء الفلك مثلي إلى النسبة بين الماء العادي ونوع خاص من الماء يسمى الماء شبه الثقيل. يتكون الماء عادة من ذرتين هيدروجين وذرة أكسجين. يتكون الماء شبه الثقيل من ذرة أكسجين واحدة وذرة هيدروجين وذرة واحدة من الديوتيريوم - وهو نظير أثقل للهيدروجين مع نيوترون إضافي في نواته.

تعتبر نسبة الماء شبه الثقيل إلى الماء العادي ضوءًا إرشاديًا على مسار الماء - يمكن أن يخبر قياس النسبة علماء الفلك كثيرًا عن مصدر الماء. النماذج الكيميائية و تجارب أظهرت أنه سيتم إنتاج حوالي 1,000 مرة من الماء شبه الثقيل في الوسط البينجمي البارد مما كانت عليه في ظروف قرص كوكبي أولي.

يعني هذا الاختلاف أنه من خلال قياس نسبة الماء شبه الثقيل إلى الماء العادي في مكان ما ، يمكن لعلماء الفلك معرفة ما إذا كانت هذه المياه قد مرت عبر مسار الوراثة الكيميائية أو مسار إعادة التعيين الكيميائي.

قياس المياه أثناء تكوين كوكب

تحتوي المذنبات على نسبة من الماء شبه الثقيل إلى الماء العادي تتماشى تمامًا تقريبًا مع الوراثة الكيميائية، مما يعني أن الماء لم يخضع لتغير كيميائي كبير منذ نشأته لأول مرة في الفضاء. تقع نسبة الأرض في مكان ما بين نسبة الوراثة ونسبة إعادة التعيين ، مما يجعل من غير الواضح من أين أتت المياه.

لتحديد مصدر الماء على الكواكب حقًا ، احتاج علماء الفلك إلى العثور على قرص كوكبي أولي من نوع Goldilocks - وهو قرص بدرجة الحرارة والحجم المناسبين للسماح برصد الماء. القيام بذلك ثبت أنه صعب للغاية. من الممكن اكتشاف المياه شبه الثقيلة والعادية عندما يكون الماء غازًا ؛ لسوء الحظ بالنسبة لعلماء الفلك ، فإن الغالبية العظمى من الأقراص النباتية الأولية شديدة البرودة و تحتوي في الغالب على ثلج، وهو تقريبا من المستحيل قياس نسب المياه من الجليد على مسافات بين النجوم.

حدث تقدم كبير في عام 2016 ، عندما كنت أنا وزملائي ندرس أقراص الكواكب الأولية حول نوع نادر من النجوم الشابة يُدعى FU Orionis stars. تستهلك معظم النجوم الفتية المادة من الأقراص الكوكبية الأولية المحيطة بها. تعتبر نجوم FU Orionis فريدة من نوعها لأنها تستهلك المادة أسرع بنحو 100 مرة من النجوم الشابة النموذجية ، ونتيجة لذلك ، تنبعث منها طاقة أكثر بمئات المرات. بسبب هذا الإنتاج العالي للطاقة ، يتم تسخين أقراص الكواكب الأولية حول نجوم FU Orionis إلى درجات حرارة أعلى بكثير ، مما يحول الجليد إلى بخار ماء إلى مسافات كبيرة من النجم.

باستخدام صفيف Atacama كبير / مليمتر صغير، تلسكوب لاسلكي قوي في شمال تشيلي ، اكتشفنا قرص كوكبي أولي كبير دافئ حول النجم الشاب الشبيه بالشمس V883 أوري ، على بعد حوالي 1,300 سنة ضوئية من الأرض في كوكبة الجبار.

يصدر V883 Ori طاقة تزيد بمقدار 200 مرة عن طاقة الشمس ، وقد أدركت أنا وزملائي أنها كانت المرشح المثالي لمراقبة نسبة الماء شبه الثقيلة إلى العادية.

استكمال مسار المياه

في عام 2021 ، أجرى مصفوفة أتاكاما كبيرة المليمتر / المليمترات قياسات V883 أوري لمدة ست ساعات. كشفت البيانات أ بصمة قوية للمياه شبه الثقيلة والعادية قادمًا من القرص الكوكبي الأولي الخاص بـ V883 أوري. قمنا بقياس نسبة الماء شبه الثقيل إلى الماء العادي ووجدنا أن النسبة كانت عالية جدًا على غرار النسب الموجودة في المذنبات فضلا عن النسب الموجودة في أنظمة البروتوستار الأصغر سنا.

تملأ هذه النتائج فجوة مسار المياه التي تشكل رابطًا مباشرًا بين الماء في الوسط النجمي ، والنجوم الأولية ، والأقراص الكوكبية الأولية ، والكواكب مثل الأرض من خلال عملية الوراثة ، وليس إعادة التعيين الكيميائي.

تظهر النتائج الجديدة بشكل قاطع أن جزءًا كبيرًا من الماء على الأرض قد تشكل على الأرجح منذ مليارات السنين ، قبل أن تشتعل الشمس. يقدم تأكيد هذا الجزء المفقود من مسار الماء عبر الكون أدلة على أصول الماء على الأرض. اقترح العلماء سابقًا أن معظم الماء على الأرض جاءت من المذنبات التي أثرت على الكوكب. حقيقة أن الأرض تحتوي على كمية أقل من الماء شبه الثقيل من المذنبات و V883 أوري ، ولكن أكثر من نظرية إعادة الضبط الكيميائي التي يمكن أن تنتجها ، تعني أن الماء على الأرض جاء على الأرجح من أكثر من مصدر واحد.

يتم إعادة نشر هذه المقالة من المحادثة تحت رخصة المشاع الإبداعي. إقرأ ال المقال الأصلي.

الصورة الائتمان: A. Angelich (NRAO / AUI / NSF) / ALMA (ESO / NAOJ / NRAO), CC BY

• محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
• بلاتوبلوكشين. Web3 Metaverse Intelligence. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
• المصدر https://singularityhub.com/2023/03/17/a-goldilocks-star-reveals-a-previously-hidden-step-in-how-water-gets-to-earth/