En 'Goldilocks'-stjerne afslører et tidligere skjult trin i, hvordan vand kommer til jorden

Uden vand kunne livet på Jorden ikke eksistere, som det gør i dag. At forstå historien om vand i universet er afgørende for at forstå, hvordan planeter som Jorden bliver til.

Astronomer omtaler typisk den rejse, vandet tager fra dets dannelse som individuelle molekyler i rummet til dets hvilested på planeternes overflade, som "vandsporet." Sporet starter i det interstellare medium med brint og oxygengas og slutter med oceaner og iskapper på planeter, med iskolde måner, der kredser om gasgiganter og iskolde kometer og asteroider, der kredser om stjerner. Begyndelsen og enden af ​​denne sti er lette at se, men midten er forblevet et mysterium.

Jeg er astronom der studerer dannelsen af ​​stjerner og planeter ved hjælp af observationer fra radio- og infrarøde teleskoper. I et nyt papir beskriver mine kolleger og jeg første målinger nogensinde af denne tidligere skjulte midterste del af vandstien og hvad disse fund betyder for vandet fundet på planeter som Jorden.

Hvordan planeter dannes

Dannelsen af ​​stjerner og planeter hænger sammen. Den såkaldte "rummets tomhed" - eller det interstellare medium - indeholder faktisk store mængder gasformigt brint, mindre mængder af andre gasser, og støvkorn. På grund af tyngdekraften vil nogle lommer af det interstellare medium blive mere tæt, da partikler tiltrækker hinanden og danner skyer. Efterhånden som tætheden af ​​disse skyer stiger, begynder atomer at kollidere hyppigere og danne større molekyler, herunder vand, der dannes på støvkorn og dækker støvet i is.

Stjerner begynder at dannes, når dele af den kollapsende sky når en vis tæthed og opvarmes nok til at begynde at smelte brintatomer sammen. Da kun en lille del af gassen i første omgang kollapser ind i den nyfødte protostjerne, vil resten af ​​gassen og støvet danner en fladtrykt skive af materiale cirkler rundt om den snurrende, nyfødte stjerne. Astronomer kalder dette en proto-planetarisk disk.

Når iskolde støvpartikler kolliderer med hinanden inde i en proto-planetarisk skive, de begynder at klumpe sig sammen. Processen fortsætter og danner til sidst de velkendte objekter i rummet som asteroider, kometer, klippeplaneter som Jorden og gasgiganter som Jupiter eller Saturn.

To teorier om kilden til vand

Der er to potentielle veje, som vand i vores solsystem kunne have taget. Den første, kaldet kemisk arv, er når de vandmolekyler, der oprindeligt blev dannet i det interstellare medium, leveres til proto-planetariske skiver og alle de legemer, de skaber, uden at gennemgå nogen ændringer.

Den anden teori kaldes kemisk nulstilling. I denne proces bryder varmen fra dannelsen af ​​den proto-planetariske skive og den nyfødte stjerne vandmolekyler fra hinanden, som derefter reformeres, når den proto-planetariske skive afkøles.

For at teste disse teorier ser astronomer som mig på forholdet mellem normalt vand og en speciel slags vand kaldet halvtungt vand. Vand er normalt lavet af to brintatomer og et oxygenatom. Halvtungt vand er lavet af et oxygenatom, et brintatom og et deuteriumatom - en tungere isotop af brint med en ekstra neutron i sin kerne.

Forholdet mellem halvtungt og normalt vand er et vejledende lys på vandstien - måling af forholdet kan fortælle astronomerne meget om vandkilden. Kemiske modeller , eksperimenter har vist, at der vil blive produceret omkring 1,000 gange mere halvtungt vand i det kolde interstellare medium end under betingelserne for en protoplanetarisk skive.

Denne forskel betyder, at ved at måle forholdet mellem halvtungt og normalt vand på et sted, kan astronomer fortælle, om det vand gik gennem den kemiske arv eller den kemiske nulstillingsvej.

Måling af vand under dannelsen af ​​en planet

Kometer har et forhold mellem halvtungt og normalt vand næsten perfekt på linje med kemisk arv, hvilket betyder, at vandet ikke har gennemgået en større kemisk ændring, siden det først blev skabt i rummet. Jordens forhold ligger et sted mellem arve- og nulstillingsforholdet, hvilket gør det uklart, hvor vandet kom fra.

For virkelig at bestemme, hvor vandet på planeterne kommer fra, var astronomerne nødt til at finde en guldlok proto-planetarisk skive - en, der har den helt rigtige temperatur og størrelse til at tillade observationer af vand. At gøre det har viste sig at være utroligt svært. Det er muligt at detektere halvtungt og normalt vand, når vand er en gas; desværre for astronomer er langt de fleste proto-plantariske diske meget kolde og indeholder mest is, og det er næsten umuligt at måle vandforhold fra is i interstellare afstande.

Et gennembrud kom i 2016, da mine kolleger og jeg studerede proto-planetariske skiver omkring en sjælden type unge stjerne kaldet FU Orionis-stjerner. De fleste unge stjerner forbruger stof fra de proto-planetariske skiver omkring dem. FU Orionis-stjerner er unikke, fordi de forbruger stof omkring 100 gange hurtigere end typiske unge stjerner og som et resultat, udsender hundredvis af gange mere energi. På grund af denne højere energiproduktion opvarmes de proto-planetariske skiver omkring FU Orionis-stjerner til meget højere temperaturer, hvilket gør is til vanddamp ud til store afstande fra stjernen.

Brug af Atacama Large Millimeter / submillimeter Array, et kraftigt radioteleskop i det nordlige Chile, vi opdagede en stor, varm proto-planetarisk skive omkring den sollignende unge stjerne V883 Ori, omkring 1,300 lysår fra Jorden i stjernebilledet Orion.

V883 Ori udsender 200 gange mere energi end solen, og mine kolleger og jeg erkendte, at det var en ideel kandidat til at observere forholdet mellem halvtungt og normalt vand.

Færdiggørelse af vandstien

I 2021 tog Atacama Large Millimeter/submillimeter Array målinger af V883 Ori i seks timer. Dataene afslørede en stærk signatur af halvtungt og normalt vand kommer fra V883 Ori's proto-planetariske disk. Vi målte forholdet mellem halvtungt og normalt vand og fandt ud af, at forholdet var meget svarende til forhold fundet i kometer samt de fundne forhold i yngre protostjernesystemer.

Disse resultater udfylder hullet i vandstien og danner en direkte forbindelse mellem vand i det interstellare medium, protostjerner, proto-planetariske skiver og planeter som Jorden gennem arveprocessen, ikke kemisk nulstilling.

De nye resultater viser definitivt, at en væsentlig del af vandet på Jorden højst sandsynligt er dannet for milliarder af år siden, før solen overhovedet var antændt. Bekræftelse af dette manglende stykke vands vej gennem universet giver ledetråde til vandets oprindelse på Jorden. Forskere har tidligere foreslået, at det meste vand på Jorden kom fra kometer, der påvirker planeten. Det faktum, at Jorden har mindre semi-tungt vand end kometer og V883 Ori, men mere end kemisk nulstillingsteori ville producere, betyder, at vand på Jorden sandsynligvis kom fra mere end én kilde.

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons-licens. Læs oprindelige artikel.

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

• SEO Powered Content & PR Distribution. Bliv forstærket i dag.
• Platoblokkæde. Web3 Metaverse Intelligence. Viden forstærket. Adgang her.
• Kilde: https://singularityhub.com/2023/03/17/a-goldilocks-star-reveals-a-previously-hidden-step-in-how-water-gets-to-earth/