Une protoétoile lumineuse éclaire les origines de l'eau de la Terre

L'étude d'une jeune étoile et de son disque protoplanétaire a fourni des informations importantes sur les origines de l'eau sur Terre. Les chercheurs ont déterminé la composition isotopique de l’eau contenue dans le disque et ont découvert qu’elle était similaire à celle des comètes du système solaire. Cela suggère qu’une grande partie de l’eau sur Terre a des origines interstellaires antérieures au Soleil.

Les planétologues débattent depuis longtemps des origines de l’eau sur Terre. En effet, il est généralement admis que la région du disque protoplanétaire du Soleil dans laquelle la Terre s'est formée était trop chaude pour que l'eau liquide se condense avec d'autres matériaux qui composent la Terre. Une explication majeure est que la Terre est arrivée plus tard sur les comètes et autres objets du système solaire externe – après s'être formée pour la première fois dans l'espace interstellaire.

Maintenant, un étude décrite dans un article dans Nature présente de nouvelles preuves sur les origines de l'eau sur Terre, basées sur l'observation d'une jeune étoile et de son disque protoplanétaire. Il s’agit d’un disque de gaz et de poussières denses qui se forme autour d’une nouvelle étoile et qui, dans de bonnes conditions, évoluera vers un système de planètes. L’étude confirme l’idée selon laquelle au moins une partie de l’eau sur Terre provenait de régions extérieures du système solaire.

Combler une lacune

À l’aide du radiotélescope Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), les auteurs ont découvert de l’eau gazeuse dans un disque (protoplanétaire) formant une planète entourant la lointaine protoétoile V883 Orionis. Ces observations comblent une lacune importante dans notre compréhension de la répartition de l’eau lors de la formation des systèmes planétaires et pourraient signifier que l’eau sur Terre est antérieure à la formation du Soleil.

Jean Tobin, astronome à l'Observatoire national de radioastronomie et auteur principal de l'article, a déclaré Monde physique que le point central de cette recherche était le rapport observé entre l'eau semi-lourde et l'eau légère dans le V883 Orionis. Une molécule d’eau légère contient deux noyaux d’hydrogène-1, tandis que l’eau semi-lourde contient un noyau d’hydrogène-1 et un noyau d’hydrogène-2 (deutérium).

"Une partie de l'eau de votre douche est composée de deutérium, soit environ 1 molécule sur 3000 1", explique Tobin. "C'est une quantité importante, car si l'eau ne s'était pas formée dans le milieu interstellaire, avant la formation du Soleil, nous nous attendrions à ce qu'une molécule d'eau sur 50,000 XNUMX seulement soit constituée de deutérium. Cela nous indique qu’une fraction importante de l’eau terrestre s’est formée dans l’espace interstellaire.

Rapport important

Ce rapport isotopique entre l'eau semi-lourde et l'eau légère est la clé pour comprendre comment l'eau de la Terre est arrivée ici. Les scientifiques ont mesuré ce rapport sur Terre, dans des comètes, des protoétoiles et même dans l’espace interstellaire. Cette observation de V883 Orionis est cependant la première fois que le rapport est mesuré dans un disque protoplanétaire.

Tobin dit que l'eau pourrait arriver de deux manières sur une planète comme la Terre. Il s’agit de l’héritage chimique et de la réinitialisation chimique. Dans le modèle d'héritage chimique, l'eau se forme dans l'espace interstellaire avant d'être acheminée vers un disque protoplanétaire avec son rapport isotopique inchangé. Dans le modèle de réinitialisation chimique, la chaleur générée dans un disque protoplanétaire brise les molécules d'eau. À mesure que le disque refroidit, les molécules d’eau se reforment avec un rapport isotopique distinct, inférieur au rapport attendu pour l’eau héritée de l’espace interstellaire.

Il s’avère que la proportion d’eau sur Terre se situe quelque part entre celle prédite par ces deux modèles. En conséquence, Tobin et ses collègues souhaitaient étudier le rapport isotopique de l’eau dans un disque protoplanétaire, ce qui permettrait de mieux comprendre le lien qui transportait l’eau de l’espace interstellaire à la Terre.

Liquide, non congelé

À l'aide du radiotélescope ALMA dans le nord du Chili, Tobin et ses collègues ont observé le disque protoplanétaire autour de V883 Orionis. Il s’agit d’une protoétoile – une très jeune étoile qui accumule encore des matériaux provenant de son environnement – ​​située à environ 1300 200 années-lumière de la Terre. Cette étoile est environ XNUMX fois plus brillante que le Soleil. Cette production d’énergie supplémentaire signifie que l’eau contenue dans le disque protoplanétaire est sous forme liquide. Ceci est important car il est beaucoup plus facile de mesurer le rapport isotopique de l’eau liquide que celui de l’eau gelée dans les disques protoplanétaires précédemment observés.

Ce sont les astéroïdes, et non les comètes, qui ont fourni à la Terre la majeure partie de son eau

En 2021, ALMA a observé V883 Orionis pendant six heures, permettant aux chercheurs de déterminer le rapport isotopique de son disque protoplanétaire. Ils ont constaté que le rapport était très similaire à celui des comètes et des systèmes protostellaires plus jeunes.

Tobin explique que cela comble une lacune importante dans nos connaissances sur la formation de l'eau.

"Le rapport entre l'eau semi-lourde et l'eau normale [D/H] dans des systèmes comme les comètes, les protoétoiles et la Terre indique que l'eau présente une amélioration significative de son rapport D/H par rapport au rapport D/H cosmique", explique Tobin. « L’eau ne peut se former qu’avec un rapport D/H élevé à la surface des grains de poussière dans le milieu interstellaire froid. Par conséquent, le fait que le rapport eau D/H soit amélioré et relativement constant tout au long de la formation des étoiles et des planètes (et de la Terre) signifie qu’une fraction importante de notre eau doit s’être formée dans le milieu interstellaire froid et avoir été transportée vers la Terre relativement inchangée.

La recherche est décrite dans Nature.

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• La source: https://physicsworld.com/a/luminous-protostar-sheds-light-on-the-origins-of-earths-water/