Ένα αστέρι "Goldilocks" αποκαλύπτει ένα παλαιότερα κρυμμένο βήμα στο πώς το νερό φτάνει στη γη

Χωρίς νερό, η ζωή στη Γη δεν θα μπορούσε να υπάρξει όπως συμβαίνει σήμερα. Η κατανόηση της ιστορίας του νερού στο σύμπαν είναι κρίσιμη για την κατανόηση του πώς δημιουργούνται πλανήτες όπως η Γη.

Οι αστρονόμοι αναφέρονται συνήθως στο ταξίδι που παίρνει το νερό από το σχηματισμό του ως μεμονωμένα μόρια στο διάστημα μέχρι τη θέση ανάπαυσής του στις επιφάνειες των πλανητών ως «το ίχνος του νερού». Το μονοπάτι ξεκινά από το διαστρικό μέσο με υδρογόνο και αέριο οξυγόνο και τελειώνει με ωκεανούς και παγοκαλύμματα σε πλανήτες, με παγωμένα φεγγάρια σε τροχιά γύρω από αέριους γίγαντες και παγωμένους κομήτες και αστεροειδείς που περιφέρονται γύρω από αστέρια. Οι αρχές και τα άκρα αυτού του μονοπατιού είναι εύκολα ορατά, αλλά η μέση παρέμεινε μυστήριο.

Είμαι αστρονόμος που μελετά το σχηματισμό άστρων και πλανητών χρησιμοποιώντας παρατηρήσεις από ραδιόφωνα και υπέρυθρα τηλεσκόπια. Σε ένα νέο έγγραφο, οι συνάδελφοί μου και εγώ περιγράφουμε το οι πρώτες μετρήσεις που έγιναν ποτέ αυτού του προηγουμένως κρυμμένου μεσαίου τμήματος του υδάτινου ίχνους και τι σημαίνουν αυτά τα ευρήματα για το νερό που βρίσκεται σε πλανήτες όπως η Γη.

Πώς σχηματίζονται οι πλανήτες

Ο σχηματισμός των αστεριών και των πλανητών είναι αλληλένδετος. Το λεγόμενο «κενό του χώρου» —ή το διαστρικό μέσο— στην πραγματικότητα περιέχει μεγάλες ποσότητες αερίου υδρογόνου, μικρότερες ποσότητες άλλων αερίων, και κόκκοι σκόνης. Λόγω της βαρύτητας, μερικοί θύλακες του διαστρικού μέσου θα γίνουν πιο πυκνά καθώς τα σωματίδια έλκονται μεταξύ τους και σχηματίζουν σύννεφα. Καθώς η πυκνότητα αυτών των νεφών αυξάνεται, τα άτομα αρχίζουν να συγκρούονται πιο συχνά και σχηματίζουν μεγαλύτερα μόρια, συμπεριλαμβανομένου του νερού που σχηματίζεται πάνω σε κόκκους σκόνης και επικαλύπτει τη σκόνη με πάγο.

Τα αστέρια αρχίζουν να σχηματίζονται όταν τμήματα του νέφους που καταρρέουν φτάσουν σε μια ορισμένη πυκνότητα και θερμαίνονται αρκετά ώστε να αρχίσει η σύντηξη ατόμων υδρογόνου μεταξύ τους. Δεδομένου ότι μόνο ένα μικρό κλάσμα του αερίου αρχικά καταρρέει στο νεογέννητο πρωτοάστρο, το υπόλοιπο αέριο και σκόνη σχηματίζει έναν πεπλατυσμένο δίσκο υλικού που κάνει κύκλους γύρω από το περιστρεφόμενο, νεογέννητο αστέρι. Οι αστρονόμοι τον αποκαλούν πρωτοπλανητικό δίσκο.

Καθώς τα σωματίδια παγωμένης σκόνης συγκρούονται μεταξύ τους μέσα σε έναν πρωτοπλανητικό δίσκο, αρχίζουν να μαζεύονται μαζί. Η διαδικασία συνεχίζεται και τελικά σχηματίζει τα γνωστά αντικείμενα του διαστήματος όπως αστεροειδείς, κομήτες, βραχώδεις πλανήτες όπως η Γη και αέριοι γίγαντες όπως ο Δίας ή ο Κρόνος.

Δύο θεωρίες για την πηγή του νερού

Υπάρχουν δύο πιθανοί δρόμοι που θα μπορούσε να έχει ακολουθήσει το νερό στο ηλιακό μας σύστημα. Το πρώτο, που ονομάζεται χημική κληρονομικότητα, είναι όταν τα μόρια του νερού που σχηματίστηκαν αρχικά στο διαστρικό μέσο παραδίδονται σε πρωτοπλανητικούς δίσκους και σε όλα τα σώματα που δημιουργούν χωρίς να υποστούν καμία αλλαγή.

Η δεύτερη θεωρία ονομάζεται χημική επαναφορά. Σε αυτή τη διαδικασία, η θερμότητα από το σχηματισμό του πρωτοπλανητικού δίσκου και του νεογέννητου αστεριού διασπά τα μόρια του νερού, τα οποία στη συνέχεια αναμορφώνονται μόλις κρυώσει ο πρωτοπλανητικός δίσκος.

Για να δοκιμάσουν αυτές τις θεωρίες, αστρονόμοι σαν εμένα εξετάζουν την αναλογία μεταξύ του κανονικού νερού και ενός ειδικού είδους νερού που ονομάζεται ημιβαρύ νερό. Το νερό συνήθως αποτελείται από δύο άτομα υδρογόνου και ένα άτομο οξυγόνου. Το ημιβαρύ νερό αποτελείται από ένα άτομο οξυγόνου, ένα άτομο υδρογόνου και ένα άτομο δευτερίου - ένα βαρύτερο ισότοπο υδρογόνου με ένα επιπλέον νετρόνιο στον πυρήνα του.

Η αναλογία ημιβαρύ προς κανονικό νερό είναι καθοδηγητικό φως στο ίχνος του νερού - η μέτρηση της αναλογίας μπορεί να πει στους αστρονόμους πολλά για την πηγή του νερού. Χημικά μοντέλα και πειράματα έχουν δείξει ότι περίπου 1,000 φορές περισσότερο ημιβαρύ νερό θα παραχθεί στο ψυχρό διαστρικό μέσο παρά στις συνθήκες ενός πρωτοπλανητικού δίσκου.

Αυτή η διαφορά σημαίνει ότι μετρώντας την αναλογία του ημιβαρύ προς το κανονικό νερό σε ένα μέρος, οι αστρονόμοι μπορούν να πουν εάν αυτό το νερό πέρασε από την οδό χημικής κληρονομιάς ή χημικής επαναφοράς.

Μέτρηση του νερού κατά το σχηματισμό ενός πλανήτη

Οι κομήτες έχουν μια αναλογία ημιβαρύ προς κανονικό νερό σχεδόν απόλυτα ευθυγραμμισμένη με χημική κληρονομικότητα, που σημαίνει ότι το νερό δεν έχει υποστεί σημαντική χημική αλλαγή από τότε που δημιουργήθηκε για πρώτη φορά στο διάστημα. Η αναλογία της Γης βρίσκεται κάπου ανάμεσα στην αναλογία κληρονομιάς και επαναφοράς, καθιστώντας ασαφές από πού προήλθε το νερό.

Για να προσδιορίσουν πραγματικά από πού προέρχεται το νερό στους πλανήτες, οι αστρονόμοι χρειάστηκαν να βρουν έναν πρωτοπλανητικό δίσκο σε χρυσό χρυσό χρώμα - έναν που να έχει ακριβώς τη σωστή θερμοκρασία και μέγεθος για να επιτρέπει παρατηρήσεις νερού. Κάνοντας αυτό έχει αποδείχτηκε απίστευτα δύσκολο. Είναι δυνατό να ανιχνευθεί ημιβαρύ και κανονικό νερό όταν το νερό είναι αέριο. δυστυχώς για τους αστρονόμους, η συντριπτική πλειοψηφία των πρωτοφυτικών δίσκων είναι πολύ κρύοι και περιέχουν κυρίως πάγο, και είναι σχεδόν αδύνατο να μετρηθούν οι αναλογίες νερού από πάγο σε διαστρικές αποστάσεις.

Μια σημαντική ανακάλυψη έγινε το 2016, όταν οι συνάδελφοί μου και εγώ μελετούσαμε πρωτοπλανητικούς δίσκους γύρω από έναν σπάνιο τύπο νεαρού αστεριού που ονομάζεται αστέρια FU Orionis. Τα περισσότερα νεαρά αστέρια καταναλώνουν ύλη από τους πρωτοπλανητικούς δίσκους γύρω τους. Τα αστέρια FU Orionis είναι μοναδικά επειδή καταναλώνουν ύλη περίπου 100 φορές πιο γρήγορα από τα τυπικά νεαρά αστέρια και, ως αποτέλεσμα, εκπέμπουν εκατοντάδες φορές περισσότερη ενέργεια. Λόγω αυτής της υψηλότερης ενεργειακής απόδοσης, οι πρωτοπλανητικοί δίσκοι γύρω από τα αστέρια FU Orionis θερμαίνονται σε πολύ υψηλότερες θερμοκρασίες, μετατρέποντας τον πάγο σε υδρατμούς σε μεγάλες αποστάσεις από το αστέρι.

Χρήση του Atacama Large Millimeter / submillimeter Array, ένα ισχυρό ραδιοτηλεσκόπιο στη βόρεια Χιλή, ανακαλύψαμε ένας μεγάλος, ζεστός πρωτοπλανητικός δίσκος γύρω από το ηλιόλουστο νεαρό αστέρι V883 Ori, περίπου 1,300 έτη φωτός από τη Γη στον αστερισμό του Ωρίωνα.

Το V883 Ori εκπέμπει 200 ​​φορές περισσότερη ενέργεια από τον ήλιο και οι συνάδελφοί μου και εγώ αναγνωρίσαμε ότι ήταν ο ιδανικός υποψήφιος για να παρατηρήσουμε την αναλογία ημιβαρύ προς κανονικό νερό.

Ολοκληρώνοντας το Water Trail

Το 2021, το Atacama Large Millimeter/submillimeter Array έλαβε μετρήσεις του V883 Ori για έξι ώρες. Τα στοιχεία αποκάλυψαν α ισχυρή υπογραφή ημιβαρύ και κανονικού νερού που προέρχεται από τον πρωτοπλανητικό δίσκο του V883 Ori. Μετρήσαμε την αναλογία ημιβαρύ προς κανονικό νερό και διαπιστώσαμε ότι η αναλογία ήταν πολύ παρόμοια με τις αναλογίες που βρίσκονται στους κομήτες καθώς και οι αναλογίες που βρέθηκαν σε νεότερα συστήματα πρωτοαστέρων.

Αυτά τα αποτελέσματα συμπληρώνουν το κενό του υδάτινου ίχνους σφυρηλατώντας μια άμεση σύνδεση μεταξύ του νερού στο διαστρικό μέσο, ​​των πρωτοαστέρων, των πρωτοπλανητικών δίσκων και των πλανητών όπως η Γη μέσω της διαδικασίας κληρονομικότητας και όχι χημικής επαναφοράς.

Τα νέα αποτελέσματα δείχνουν οριστικά ότι ένα σημαντικό μέρος του νερού στη Γη πιθανότατα σχηματίστηκε πριν από δισεκατομμύρια χρόνια, πριν καν ο ήλιος είχε ανάψει. Η επιβεβαίωση αυτού του χαμένου τμήματος της διαδρομής του νερού μέσα από το σύμπαν προσφέρει ενδείξεις για την προέλευση του νερού στη Γη. Οι επιστήμονες έχουν προηγουμένως προτείνει ότι το μεγαλύτερο μέρος του νερού στη Γη προήλθε από κομήτες που προσκρούουν στον πλανήτη. Το γεγονός ότι η Γη έχει λιγότερο ημι-βαρύ νερό από τους κομήτες και το V883 Ori, αλλά περισσότερο από αυτό που θα παρήγαγε η θεωρία χημικής επαναφοράς, σημαίνει ότι το νερό στη Γη πιθανότατα προήλθε από περισσότερες από μία πηγές.

Αυτό το άρθρο αναδημοσιεύθηκε από το Η Συνομιλία υπό την άδεια Creative Commons. Διαβάστε το αρχικό άρθρο.

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

• SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
• πηγή: https://singularityhub.com/2023/03/17/a-goldilocks-star-reveals-a-previously-hidden-step-in-how-water-gets-to-earth/