"Kuldvillakuline" täht paljastab varem varjatud sammu selles, kuidas vesi maale jõuab

Ilma veeta ei saaks elu Maal eksisteerida nii nagu praegu. Universumi vee ajaloo mõistmine on kriitilise tähtsusega, et mõista, kuidas sellised planeedid nagu Maa tekivad.

Astronoomid nimetavad tavaliselt veeteekonda teekonda, mille vesi moodustab üksikute molekulidena kosmoses oma puhkepaika planeetide pinnal. Rada algab tähtedevahelises keskkonnas vesiniku ja hapnikugaasiga ning lõpeb ookeanide ja jääkatetega planeetidel, gaasihiiglaste ümber tiirlevate jäiste kuude ning tähtede ümber tiirlevate jäiste komeetide ja asteroididega. Selle raja algus ja lõpp on hästi näha, kuid keskpaik on jäänud saladuseks.

Olen astronoom kes uurib tähtede ja planeetide teket raadio- ja infrapunateleskoopide vaatluste abil. Uues artiklis kirjeldame kolleegidega seda tehtud esimesed mõõtmised sellest varem peidetud veeraja keskmisest osast ja mida need leiud tähendavad sellistel planeetidel nagu Maa leiduva vee jaoks.

Kuidas tekivad planeedid

Tähtede ja planeetide teke on läbi põimunud. Niinimetatud "ruumi tühjus" või tähtedevaheline meedium sisaldab tegelikult suures koguses gaasilist vesinikku, väiksemates kogustes muid gaase ja tolmuterad. Gravitatsiooni mõjul muutuvad tähtedevahelise keskkonna mõned taskud tihedamaks, kuna osakesed tõmbavad üksteist ligi ja moodustavad pilved. Nende pilvede tiheduse kasvades hakkavad aatomid sagedamini kokku põrkuma ja moodustavad suuremaid molekule, sealhulgas tekkiv vesi tolmuteradel ja katab tolmu jääga.

Tähed hakkavad tekkima siis, kui kokkuvariseva pilve osad saavutavad teatud tiheduse ja kuumenevad piisavalt, et hakata vesinikuaatomeid kokku sulatama. Kuna ainult väike osa gaasist variseb esialgu vastsündinud prototäheks, siis ülejäänud gaas ja tolm moodustab materjalist lameda ketta tiirlemas ümber pöörleva, vastsündinud tähe. Astronoomid nimetavad seda protoplanetaarseks kettaks.

Kui jäised tolmuosakesed protoplanetaarse ketta sees üksteisega kokku põrkuvad, nad hakkavad kokku kleepuma. Protsess jätkub ja lõpuks moodustuvad tuttavad kosmoseobjektid nagu asteroidid, komeedid, kivised planeedid nagu Maa ja gaasihiiglased nagu Jupiter või Saturn.

Kaks veeallika teooriat

On kaks potentsiaalset teed, mida meie päikesesüsteemi vesi oleks võinud kasutada. Esimene, nn keemiline pärand, on see, kui algselt tähtedevahelises keskkonnas moodustunud veemolekulid toimetatakse protoplanetaarsetele ketastele ja kõikidele nende loodud kehadele ilma muudatusi tegemata.

Teist teooriat nimetatakse keemiline lähtestamine. Selles protsessis lõhub protoplanetaarse ketta ja vastsündinud tähe moodustumisest tekkiv soojus veemolekulid, mis seejärel muutuvad, kui protoplanetaarne ketas jahtub.

Nende teooriate testimiseks uurivad minusugused astronoomid tavalise vee ja spetsiaalse vee, mida nimetatakse poolraskeks veeks, suhet. Vesi koosneb tavaliselt kahest vesinikuaatomist ja ühest hapnikuaatomist. Poolraske vesi koosneb ühest hapnikuaatomist, ühest vesinikuaatomist ja ühest deuteeriumiaatomist – raskemast vesiniku isotoobist, mille tuumas on lisaneutron.

Poolraske ja tavalise vee suhe on veerajal suunanäitajaks – selle suhte mõõtmine võib astronoomidele veeallika kohta palju öelda. Keemilised mudelid ja katseid on näidanud, et külmas tähtedevahelises keskkonnas tekib umbes 1,000 korda rohkem poolrasket vett kui protoplanetaarse ketta tingimustes.

See erinevus tähendab, et mõõtes kohas poolraske ja tavalise vee suhet, saavad astronoomid öelda, kas see vesi läbis keemilise pärandumise või keemilise lähtestamise raja.

Vee mõõtmine planeedi tekke ajal

Komeetidel on poolraske ja tavalise vee suhe peaaegu täiesti kooskõlas keemiline pärand, mis tähendab, et vesi ei ole pärast seda, kui see kosmoses loodi, suuri keemilisi muutusi läbi teinud. Maa suhe jääb pärimise ja lähtestamise suhte vahele, mistõttu on ebaselge, kust vesi tuli.

Selleks, et teha kindlaks, kust planeetide vesi pärineb, pidid astronoomid leidma kuldse protoplanetaarse ketta – sellise, mis oleks täpselt õige temperatuuri ja suurusega, et võimaldada veevaatlusi. Seda tehes on osutus uskumatult raskeks. Kui vesi on gaas, on võimalik tuvastada poolrasket ja tavalist vett; astronoomide kahjuks on valdav enamus protoplantaarseid kettaid väga külmad ja sisaldavad enamasti jääd, ja see on peaaegu käes vee suhet on võimatu mõõta jäält tähtedevahelisel kaugusel.

Läbimurre toimus 2016. aastal, kui uurisime kolleegidega protoplanetaarseid kettaid haruldase noore tähe tüübi ümber, mida nimetatakse FU Orionise tähtedeks. Enamik noori tähti tarbib ainet neid ümbritsevatelt planeetide protoketastelt. FU Orionise tähed on ainulaadsed, kuna nad tarbivad ainet umbes 100 korda kiiremini kui tavalised noored tähed ja selle tulemusena eraldavad sadu kordi rohkem energiat. Selle suurema energiaväljundi tõttu kuumutatakse FU Orionise tähtede ümber olevad protoplanetaarsed kettad palju kõrgemale temperatuurile, muutes jää veeauruks, mis ulatub tähest kaugele.

kasutades Atacama suur millimeeter / submillimeeter, võimas raadioteleskoop Põhja-Tšiilis, avastasime suur soe protoplanetaarne ketas päikesesarnase noore tähe V883 Ori ümber, umbes 1,300 valgusaasta kaugusel Maast Orioni tähtkujus.

V883 Ori kiirgab 200 korda rohkem energiat kui päike ning minu kolleegid ja mina tõdesime, et see on ideaalne kandidaat poolraske ja normaalse vee suhte jälgimiseks.

Veeraja lõpetamine

2021. aastal mõõtis Atacama Large Millimeter/submillimeter Array V883 Ori mõõtmisi kuus tundi. Andmed näitasid a poolraske ja tavalise vee tugev tunnus pärit V883 Ori protoplaneedilt. Mõõtsime poolraske ja tavalise vee suhet ja leidsime, et suhe oli väga sarnane komeetidel leitud suhetega samuti leitud suhted nooremates prototähesüsteemides.

Need tulemused täidavad veeraja tühimiku, luues otseühenduse tähtedevahelises keskkonnas oleva vee, prototähtede, protoplanetaarsete ketaste ja planeetide, nagu Maa, vahel pärandumise, mitte keemilise lähtestamise teel.

Uued tulemused näitavad kindlalt, et märkimisväärne osa Maa veest tekkis tõenäoliselt miljardeid aastaid tagasi, enne kui päike oli isegi süttinud. Selle puuduva veetüki kinnitamine läbi universumi annab vihjeid vee päritolu kohta Maal. Teadlased on varem väitnud, et enamik vett Maal pärines planeeti põrganud komeetidest. Asjaolu, et Maal on vähem poolrasket vett kui komeetidel ja V883 Oril, kuid rohkem kui keemilise lähtestamise teooria annab, tähendab, et vesi Maal pärines tõenäoliselt rohkem kui ühest allikast.

See artikkel avaldatakse uuesti Vestlus Creative Commonsi litsentsi all. Loe algse artikli.

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

• SEO-põhise sisu ja PR-levi. Võimenduge juba täna.
• Platoblockchain. Web3 metaversiooni intelligentsus. Täiustatud teadmised. Juurdepääs siia.
• Allikas: https://singularityhub.com/2023/03/17/a-goldilocks-star-reveals-a-previously-hidden-step-in-how-water-gets-to-earth/