"Kultakutri" -tähti paljastaa aiemmin piilotetun askeleen veden pääsemisessä maan päälle

Ilman vettä maapallolla ei voisi olla elämää kuten nykyään. Veden historian ymmärtäminen maailmankaikkeudessa on ratkaisevan tärkeää ymmärtääkseen, kuinka Maan kaltaiset planeetat syntyvät.

Tähtitieteilijät kutsuvat tyypillisesti "vesipoluksi" matkaa, jonka vesi kulkee muodostumisestaan ​​yksittäisinä molekyyleinä avaruudessa lepopaikkaansa planeettojen pinnalla. Polku alkaa tähtienvälisestä väliaineesta vedystä ja happikaasusta ja päättyy planeettojen valtameriin ja jääpeitteihin, kaasujättiläisiä kiertäviin jäisiin kuuihin sekä tähtiä kiertäviin jäisiin komeetoihin ja asteroideihin. Tämän polun alku ja loppu on helppo nähdä, mutta keskikohta on jäänyt mysteeriksi.

Olen tähtitieteilijä joka tutkii tähtien ja planeettojen muodostumista radio- ja infrapunateleskooppien havaintojen avulla. Uudessa paperissa kollegani ja minä kuvailemme ensimmäiset mittaukset ikinä tästä aiemmin piilotetusta vesipolun keskiosasta ja mitä nämä löydöt tarkoittavat Maan kaltaisten planeettojen vedelle.

Kuinka planeetat muodostuvat

Tähtien ja planeettojen muodostuminen kietoutuu toisiinsa. Niin kutsuttu "avaruuden tyhjyys" - tai tähtienvälinen väliaine - itse asiassa sisältää suuria määriä kaasumaista vetyä, pienempiä määriä muita kaasuja ja pölynjyviä. Painovoiman vuoksi jotkut tähtienvälisen väliaineen taskut muuttuvat tiheämpi, kun hiukkaset vetävät toisiaan puoleensa ja muodostavat pilviä. Kun näiden pilvien tiheys kasvaa, atomit alkavat törmätä useammin ja muodostavat suurempia molekyylejä, mukaan lukien muodostuva vesi pölyrakeiden päällä ja peittää pölyn jäässä.

Tähdet alkavat muodostua, kun romahtavan pilven osat saavuttavat tietyn tiheyden ja kuumenevat tarpeeksi alkaakseen fuusioida vetyatomeja yhteen. Koska vain pieni osa kaasusta romahtaa aluksi vastasyntyneeksi prototähdeksi, loput kaasusta ja pölystä muodostaa litteän materiaalikiekon kiertää pyörivän, vastasyntyneen tähden ympärillä. Tähtitieteilijät kutsuvat tätä protoplaneettalevyksi.

Kun jäiset pölyhiukkaset törmäävät toisiinsa protoplanetaarisen levyn sisällä, ne alkavat kasautua yhteen. Prosessi jatkuu ja muodostaa lopulta tuttuja avaruuden kohteita, kuten asteroideja, komeettoja, kiviplaneettoja, kuten Maa ja kaasujättiläisiä, kuten Jupiter tai Saturnus.

Kaksi teoriaa veden lähteestä

On olemassa kaksi mahdollista reittiä, joita aurinkokuntamme vesi olisi voinut kulkea. Ensimmäinen, ns kemiallinen perintö, kun alun perin tähtienvälisessä väliaineessa muodostuneet vesimolekyylit toimitetaan protoplanetaarisille levyille ja kaikkiin niiden luomiin kappaleisiin ilman muutoksia.

Toinen teoria on ns kemiallinen nollaus. Tässä prosessissa protoplanetaarisen kiekon ja vastasyntyneen tähden muodostumisesta syntyvä lämpö hajottaa vesimolekyylejä, jotka sitten uudistuvat, kun protoplaneettalevy jäähtyy.

Näiden teorioiden testaamiseksi minun kaltaiseni tähtitieteilijät tarkastelevat suhdetta normaalin veden ja erityisen veden välillä, jota kutsutaan puoliraskaaksi vedeksi. Vesi koostuu tavallisesti kahdesta vetyatomista ja yhdestä happiatomista. Puoliraskas vesi koostuu yhdestä happiatomista, yhdestä vetyatomista ja yhdestä deuteriumatomista - raskaammasta vedyn isotoopista, jonka ytimessä on ylimääräinen neutroni.

Puoliraskaan ja normaalin veden suhde on opasvalo vesipolulla – suhteen mittaaminen voi kertoa tähtitieteilijöille paljon veden lähteestä. Kemialliset mallit ja kokeiluja ovat osoittaneet, että noin 1,000 kertaa enemmän puoliraskasta vettä syntyy kylmässä tähtienvälisessä väliaineessa kuin protoplanetaarisen levyn olosuhteissa.

Tämä ero tarkoittaa, että mittaamalla puoliraskaan ja normaalin veden suhdetta paikassa tähtitieteilijät voivat kertoa, menikö vesi kemiallisen periytymisen tai kemiallisen palautusreitin läpi.

Veden mittaaminen planeetan muodostumisen aikana

Komeetoilla on puoliraskaan ja normaalin veden suhde lähes täydellisesti kemiallinen perintö, eli vedessä ei ole tapahtunut suurta kemiallista muutosta sen jälkeen, kun se luotiin avaruudessa. Maan suhde on jossain periytymis- ja palautussuhteen välissä, joten on epäselvää, mistä vesi on peräisin.

Voidakseen todella määrittää, mistä planeettojen vesi on peräisin, tähtitieteilijöiden oli löydettävä kultakukkoinen protoplaneettalevy – sellainen, joka oli juuri oikean lämpötilainen ja kokoinen veden havainnointiin. Näin on tehnyt osoittautui uskomattoman vaikeaksi. On mahdollista havaita puoliraskas ja normaali vesi, kun vesi on kaasua; Valitettavasti tähtitieteilijöille suurin osa proto-plantaarisista levyistä on hyvin kylmiä ja sisältää enimmäkseen jäätä, ja se on melkein mahdotonta mitata vesisuhdetta jäästä tähtienvälisillä etäisyyksillä.

Läpimurto tapahtui vuonna 2016, kun kollegani ja minä tutkimme protoplanetaarisia levyjä harvinaisen nuoren tähden, FU Orionis stars, ympärillä. Useimmat nuoret tähdet kuluttavat ainetta ympärillään olevilta protoplaneettalevyiltä. FU Orionis -tähdet ovat ainutlaatuisia, koska ne kuluttavat ainetta noin 100 kertaa nopeammin kuin tyypilliset nuoret tähdet ja tämän seurauksena päästää satoja kertoja enemmän energiaa. Tämän korkeamman energiantuotannon ansiosta FU Orionis -tähtiä ympäröivät protoplanetaariset levyt kuumenevat paljon korkeampiin lämpötiloihin, jolloin jää muuttuu vesihöyryksi suurille etäisyyksille tähdestä.

Käyttäen Atacama Suuri millimetri / submillimetri-taulukko, voimakas radioteleskooppi Pohjois-Chilessä, löysimme suuri, lämmin protoplaneettalevy auringonkaltaisen nuoren tähden V883 Ori ympärillä, noin 1,300 XNUMX valovuoden päässä Maasta Orionin tähdistössä.

V883 Ori lähettää 200 kertaa enemmän energiaa kuin aurinko, ja kollegani ja minä huomasimme, että se oli ihanteellinen ehdokas tarkkailemaan puoliraskaan ja normaalin veden suhdetta.

Vesipolun valmistuminen

Vuonna 2021 Atacama Large Millimeter/submillimeter Array mittasi V883 Oria kuuden tunnin ajan. Data paljasti a vahva puoliraskkaan ja normaalin veden tunnus tulee V883 Orin proto-planetaariselta levyltä. Mittasimme puoliraskaan ja normaalin veden suhteen ja havaitsimme, että suhde oli hyvin samanlaisia ​​kuin komeetoissa havaitut suhteet sekä löydetyt suhdeluvut nuoremmissa protostar-järjestelmissä.

Nämä tulokset täyttävät vesireitin aukon ja muodostavat suoran yhteyden tähtienvälisessä väliaineessa olevan veden, prototähtien, protoplaneettojen levyjen ja planeettojen, kuten Maan, välille periytymisprosessin kautta, ei kemiallisen nollauksen kautta.

Uudet tulokset osoittavat lopullisesti, että merkittävä osa maapallon vedestä syntyi todennäköisesti miljardeja vuosia sitten, ennen kuin aurinko oli edes syttynyt. Tämän puuttuvan veden palan vahvistaminen maailmankaikkeuden läpi antaa vihjeitä veden alkuperästä maan päällä. Tutkijat ovat aiemmin ehdottaneet, että suurin osa vedestä maapallolla tuli komeetoista, jotka osuivat planeettaan. Se tosiasia, että maapallolla on vähemmän puoliraskasta vettä kuin komeetoissa ja V883 Orissa, mutta enemmän kuin kemiallisen nollausteorian tuottaisi, tarkoittaa, että vesi Maan päällä on todennäköisesti peräisin useammasta kuin yhdestä lähteestä.

Tämä artikkeli julkaistaan ​​uudelleen Conversation Creative Commons -lisenssin alla. Lue alkuperäinen artikkeli.

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

• SEO-pohjainen sisällön ja PR-jakelu. Vahvista jo tänään.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Tietoa laajennettu. Pääsy tästä.
• Lähde: https://singularityhub.com/2023/03/17/a-goldilocks-star-reveals-a-previously-hidden-step-in-how-water-gets-to-earth/