يلقي النجم الأولي المضيء الضوء على أصول مياه الأرض

قدمت دراسة لنجم شاب وقرصه الكوكبي الأولي رؤى مهمة حول أصول الماء على الأرض. حدد الباحثون التركيب النظيري للماء في القرص ووجدوا أنه يشبه المذنبات في النظام الشمسي. يشير هذا إلى أن الكثير من المياه على الأرض لها أصول بين النجوم تسبق الشمس.

ناقش علماء الكواكب منذ فترة طويلة أصول الماء على الأرض. هذا لأنه من المقبول عمومًا أن منطقة قرص الكواكب الأولية للشمس التي تكونت فيها الأرض كانت دافئة جدًا بحيث لا يتكثف الماء السائل مع المواد الأخرى التي تتكون منها الأرض. التفسير الرئيسي هو أن الأرض وصلت لاحقًا على المذنبات والأجسام الأخرى من النظام الشمسي الخارجي - بعد أن تشكلت لأول مرة في الفضاء بين النجوم.

الآن، وهو دراسة وصفت في ورقة في الطبيعة يقدم أدلة جديدة حول أصول الماء على الأرض بناءً على مراقبة النجم الشاب والقرص الكوكبي الأولي الخاص به. هذا قرص كثيف من الغاز والغبار يتشكل حول نجم جديد ، وفي ظل الظروف المناسبة ، سوف يتطور إلى نظام من الكواكب. تدعم الدراسة فكرة أن بعض الماء على الأرض على الأقل وصل من المناطق الخارجية للنظام الشمسي.

سد فجوة

باستخدام التلسكوب الراديوي Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA) ، اكتشف المؤلفون المياه الغازية في قرص مكون من كوكب (كوكب أولي) يحيط بالنجم الأولي البعيد V883 Orionis. تملأ الملاحظات فجوة مهمة في فهمنا لتوزيع المياه أثناء تكوين أنظمة الكواكب ويمكن أن تعني أن الماء على الأرض يسبق تكوين الشمس.

جون توبينقال عالم الفلك في المرصد الوطني لعلم الفلك الراديوي والمؤلف الرئيسي للورقة عالم الفيزياء أن جوهر هذا البحث هو النسبة الملحوظة للماء شبه الثقيل إلى الماء الخفيف في V883 Orionis. يحتوي جزيء الماء الخفيف على نواتين هيدروجين -1 ، بينما يحتوي الماء شبه الثقيل على نواة هيدروجين -1 ونواة هيدروجين -2 (ديوتيريوم).

يقول توبين: "يتكون جزء من الماء في الدش من الديوتيريوم ، أي تقريبًا جزيء واحد من كل 1 جزيء". "هذه كمية كبيرة لأنه إذا لم يتشكل الماء في الوسط النجمي ، قبل تكوين الشمس ، فإننا نتوقع فقط من كل 3000 جزيء ماء مصنوع من الديوتيريوم. يخبرنا هذا أن جزءًا كبيرًا من مياه الأرض تشكل في الفضاء بين النجوم ".

نسبة مهمة

هذه النسبة النظيرية بين الماء شبه الثقيل والماء الخفيف هي المفتاح لفهم كيفية وصول مياه الأرض إلى هنا. قام العلماء بقياس هذه النسبة على الأرض ، في المذنبات ، في النجوم الأولية ، وحتى في الفضاء بين النجوم. ومع ذلك ، فإن ملاحظة V883 Orionis هذه هي المرة الأولى التي يتم فيها قياس النسبة في قرص كوكبي أولي.

يقول توبين إن هناك طريقتين يمكن أن يصل بها الماء إلى كوكب مثل الأرض. هذه هي الوراثة الكيميائية وإعادة الضبط الكيميائي. في نموذج الوراثة الكيميائي ، يتشكل الماء في الفضاء بين النجوم قبل تسليمه إلى قرص كوكبي أولي مع عدم تغيير نسبة نظائره. وفقًا لنموذج إعادة الضبط الكيميائي ، فإن الحرارة المتولدة داخل قرص كوكبي أولي تكسر جزيئات الماء. عندما يبرد القرص ، يتم إصلاح جزيئات الماء بنسبة نظيرية مميزة - وهي أقل من النسبة المتوقعة للمياه الموروثة من الفضاء بين النجوم.

اتضح أن نسبة مياه الأرض تقع في مكان ما بين تلك التي تنبأ بها هذان النموذجان. ونتيجة لذلك ، كان توبين وزملاؤه حريصين على دراسة النسبة النظيرية للماء في قرص كوكبي أولي ، والذي من شأنه أن يلقي الضوء على الرابط الذي يحمل الماء من الفضاء بين النجمي إلى الأرض.

سائل غير مجمد

باستخدام التلسكوب الراديوي ALMA في شمال تشيلي ، لاحظ توبين وزملاؤه قرص الكواكب الأولية حول V883 Orionis. هذا نجم أولي - نجم صغير جدًا لا يزال يتراكم المواد من محيطه - يبعد حوالي 1300 سنة ضوئية عن الأرض. هذا النجم أكثر سطوعًا من الشمس بحوالي 200 مرة. يعني ناتج الطاقة الإضافي هذا أن الماء الموجود في قرص الكواكب الأولية في صورة سائلة. هذا مهم لأنه من الأسهل بكثير قياس النسبة النظيرية للماء السائل من الماء المجمد في أقراص الكواكب الأولية المرصودة سابقًا.

الكويكبات ، وليس المذنبات ، هي التي أعطت الأرض معظم مياهها

في عام 2021 ، لاحظ ALMA V883 Orionis لمدة ست ساعات ، مما سمح للباحثين بتحديد النسبة النظيرية للقرص الكوكبي الأولي. ووجدوا أن النسبة مشابهة جدًا لتلك الموجودة في المذنبات وأنظمة النجم الأولي الأصغر سنًا.

يوضح توبين أن هذا يملأ فجوة مهمة في معرفتنا بتكوين الماء.

يقول توبين: "تشير نسبة الماء شبه الثقيل إلى الماء العادي [D / H] في أنظمة مثل المذنبات والنجوم الأولية والأرض إلى أن الماء لديه تحسن كبير في نسبة D / H بالنسبة إلى نسبة D / H الكونية". "يمكن أن يتكون الماء فقط مع نسبة D / H عالية على أسطح حبيبات الغبار في الوسط النجمي البارد. لذلك ، فإن حقيقة أن نسبة D / H في الماء مُحسَّنة وثابتة نسبيًا خلال تكوين النجم والكوكب (والأرض) تعني أن جزءًا كبيرًا من مياهنا يجب أن يكون قد تشكل في الوسط البينجمي البارد وتم نقله إلى الأرض دون تغيير نسبيًا ".

تم وصف البحث في الطبيعة.

• محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
• بلاتوبلوكشين. Web3 Metaverse Intelligence. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
• سك المستقبل مع أدرين أشلي. الوصول هنا.
• المصدر https://physicsworld.com/a/luminous-protostar-sheds-light-on-the-origins-of-earths-water/