एक 'गोल्डीलॉक्स' स्टार ने पानी को पृथ्वी पर कैसे पहुँचाया, इससे पहले छिपे हुए कदम का खुलासा किया

एक 'गोल्डीलॉक्स' स्टार ने पानी को पृथ्वी पर कैसे पहुँचाया, इससे पहले छिपे हुए कदम का खुलासा किया

समय टिकट: 17 मार्च, 2023 11:10 पूर्वाह्न

पानी के बिना, पृथ्वी पर जीवन मौजूद नहीं हो सकता था जैसा कि आज है। ब्रह्मांड में पानी के इतिहास को समझना यह समझने के लिए महत्वपूर्ण है कि पृथ्वी जैसे ग्रह कैसे बने।

खगोलविद आमतौर पर अंतरिक्ष में अलग-अलग अणुओं के रूप में बनने से लेकर ग्रहों की सतह पर आराम करने की जगह तक की यात्रा को "पानी के निशान" के रूप में संदर्भित करते हैं। पगडंडी इंटरस्टेलर माध्यम में हाइड्रोजन और ऑक्सीजन गैस के साथ शुरू होती है और ग्रहों पर महासागरों और बर्फ की टोपियों के साथ समाप्त होती है, बर्फीले चंद्रमा गैस दिग्गजों और बर्फीले धूमकेतुओं और क्षुद्रग्रहों की परिक्रमा करते हैं जो सितारों की परिक्रमा करते हैं। इस पगडंडी का आरंभ और अंत देखने में आसान है, लेकिन मध्य एक रहस्य बना हुआ है।

मैं एक खगोलशास्त्री हूं जो रेडियो और इन्फ्रारेड टेलीस्कोप से टिप्पणियों का उपयोग करके तारों और ग्रहों के निर्माण का अध्ययन करता है। एक नए पेपर में, मैं और मेरे सहकर्मी इसका वर्णन करते हैं पहला माप कभी बनाया पानी के निशान के पहले से छिपे हुए मध्य भाग और पृथ्वी जैसे ग्रहों पर पाए जाने वाले पानी के लिए इन निष्कर्षों का क्या मतलब है।

धूल और गैस के बादल से ग्रहों की परिक्रमा करने वाले एक परिपक्व तारे में एक तारा प्रणाली की प्रगति।
तारे और ग्रह का निर्माण एक आपस में जुड़ी हुई प्रक्रिया है जो अंतरिक्ष में अणुओं के एक बादल से शुरू होती है। छवि क्रेडिट: बिल सैक्सटन, एनआरएओ / एयूआई / एनएसएफ, सीसी बाय

ग्रह कैसे बनते हैं

तारों और ग्रहों का निर्माण आपस में जुड़ा हुआ है। तथाकथित "अंतरिक्ष की शून्यता" - या इंटरस्टेलर माध्यम - वास्तव में शामिल है बड़ी मात्रा में गैसीय हाइड्रोजन, अन्य गैसों की छोटी मात्रा, और धूल के दाने. गुरुत्वाकर्षण के कारण इंटरस्टेलर माध्यम के कुछ पॉकेट बन जाएंगे अधिक सघन क्योंकि कण एक दूसरे को आकर्षित करते हैं और बादल बनाते हैं। जैसे-जैसे इन बादलों का घनत्व बढ़ता है, परमाणु अधिक बार-बार टकराने लगते हैं और बड़े अणु बनाते हैं, जिसमें पानी भी शामिल है धूल के दानों पर और धूल को बर्फ में लपेट देता है.

तारे तब बनने लगते हैं जब ढहने वाले बादल के हिस्से एक निश्चित घनत्व तक पहुँच जाते हैं और हाइड्रोजन परमाणुओं को आपस में जोड़ना शुरू करने के लिए पर्याप्त गर्म हो जाते हैं। चूंकि गैस का केवल एक छोटा अंश ही नवजात प्रोटोस्टार में समाप्‍त होता है, बाकी गैस और धूल सामग्री की एक चपटी डिस्क बनाता है घूमते हुए, नवजात तारे के चारों ओर चक्कर लगाते हुए। खगोलविद इसे प्रोटो-ग्रहीय डिस्क कहते हैं।

जैसे बर्फीले धूल के कण एक प्रोटो-प्लैनेटरी डिस्क के अंदर एक दूसरे से टकराते हैं, वे आपस में टकराने लगते हैं. यह प्रक्रिया जारी रहती है और अंततः अंतरिक्ष की परिचित वस्तुओं जैसे क्षुद्रग्रह, धूमकेतु, पृथ्वी जैसे चट्टानी ग्रह और बृहस्पति या शनि जैसे गैस दिग्गजों का निर्माण करती है।

जल के स्रोत के लिए दो सिद्धांत

दो संभावित रास्ते हैं जो हमारे सौर मंडल में पानी ले सकते थे। पहले, बुलाया रासायनिक विरासत, तब होता है जब मूल रूप से इंटरस्टेलर माध्यम में बनने वाले पानी के अणुओं को बिना किसी बदलाव के प्रोटो-प्लेनेटरी डिस्क और उनके द्वारा बनाए गए सभी निकायों तक पहुँचाया जाता है।

दूसरा सिद्धांत कहा जाता है रासायनिक रीसेट. इस प्रक्रिया में, प्रोटो-ग्रहीय डिस्क और नवजात तारे के निर्माण से निकलने वाली गर्मी पानी के अणुओं को तोड़ देती है, जो प्रोटो-ग्रहीय डिस्क के ठंडा होने पर फिर से सुधर जाते हैं।

इन सिद्धांतों का परीक्षण करने के लिए, मेरे जैसे खगोलविद सामान्य पानी और एक विशेष प्रकार के पानी के बीच के अनुपात को देखते हैं जिसे अर्ध-भारी पानी कहा जाता है। पानी आमतौर पर दो हाइड्रोजन परमाणुओं और एक ऑक्सीजन परमाणु से बना होता है। अर्ध-भारी पानी एक ऑक्सीजन परमाणु, एक हाइड्रोजन परमाणु और ड्यूटेरियम के एक परमाणु से बना होता है - हाइड्रोजन का एक भारी समस्थानिक जिसके नाभिक में एक अतिरिक्त न्यूट्रॉन होता है।

अर्ध-भारी से सामान्य पानी का अनुपात पानी के निशान पर एक मार्गदर्शक प्रकाश है - अनुपात को मापने से खगोलविदों को पानी के स्रोत के बारे में बहुत कुछ पता चल सकता है। रासायनिक मॉडल और प्रयोगों दिखाया है कि ठंडे इंटरस्टेलर माध्यम में लगभग 1,000 गुना अधिक अर्ध-भारी पानी का उत्पादन होगा प्रोटोप्लानेटरी डिस्क की तुलना में.

इस अंतर का अर्थ है कि किसी स्थान पर अर्ध-भारी से सामान्य पानी के अनुपात को मापकर खगोलविद यह बता सकते हैं कि वह पानी रासायनिक विरासत या रासायनिक रीसेट मार्ग से चला गया या नहीं।

गैस और धूल के छल्ले से घिरा तारा।
V883 ओरियोनिस एक युवा तारा प्रणाली है जिसके केंद्र में एक दुर्लभ तारा है जो कटअवे में दिखाए गए प्रोटो-ग्रहीय बादल में पानी को मापना संभव बनाता है। इमेज क्रेडिट: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), बी. सैक्सटन (NRAO/AUI/NSF), CC BY

किसी ग्रह के निर्माण के दौरान पानी को मापना

धूमकेतुओं में अर्ध-भारी से सामान्य पानी का अनुपात लगभग पूरी तरह से होता है रासायनिक विरासत, जिसका अर्थ है कि अंतरिक्ष में पहली बार बनाए जाने के बाद से पानी में कोई बड़ा रासायनिक परिवर्तन नहीं हुआ है। पृथ्वी का अनुपात विरासत और रीसेट अनुपात के बीच कहीं बैठता है, जिससे यह स्पष्ट नहीं होता है कि पानी कहाँ से आया है।

वास्तव में यह निर्धारित करने के लिए कि ग्रहों पर पानी कहाँ से आता है, खगोलविदों को एक गोल्डीलॉक्स प्रोटो-प्लैनेटरी डिस्क खोजने की आवश्यकता थी - जो कि पानी के अवलोकन की अनुमति देने के लिए सही तापमान और आकार है। ऐसा करने से हुआ है अविश्वसनीय रूप से कठिन साबित हुआ. पानी के गैस होने पर अर्ध-भारी और सामान्य पानी का पता लगाना संभव है; दुर्भाग्य से खगोलविदों के लिए, प्रोटो-प्लांटरी डिस्क का विशाल बहुमत बहुत ठंडा है और ज्यादातर बर्फ होते हैं, और यह लगभग है पानी के अनुपात को मापना असंभव है इंटरस्टेलर दूरी पर बर्फ से।

2016 में एक सफलता मिली, जब मेरे सहयोगी और मैं एक दुर्लभ प्रकार के युवा सितारे के चारों ओर प्रोटो-ग्रहीय डिस्क का अध्ययन कर रहे थे जिसे फू ओरियोनिस सितारे कहा जाता है। अधिकांश युवा तारे अपने चारों ओर के प्रोटो-ग्रहीय डिस्क से पदार्थ का उपभोग करते हैं। FU ओरियोनिस सितारे अद्वितीय हैं क्योंकि वे विशिष्ट युवा सितारों की तुलना में लगभग 100 गुना तेजी से पदार्थ का उपभोग करते हैं और इसके परिणामस्वरूप, सैकड़ों गुना अधिक ऊर्जा का उत्सर्जन करें. इस उच्च ऊर्जा उत्पादन के कारण, एफयू ओरियोनिस सितारों के आसपास के प्रोटो-ग्रहीय डिस्क बहुत अधिक तापमान तक गर्म हो जाते हैं, बर्फ को जल वाष्प में बदलकर तारे से बड़ी दूरी तक ले जाते हैं।

ऊपर दिए अटाकामा लार्ज मिलीमीटर / सबमिलिमीटर ऐरे, उत्तरी चिली में एक शक्तिशाली रेडियो टेलीस्कोप, हमने खोजा सूर्य के समान युवा तारे V883 Ori के चारों ओर एक बड़ी, गर्म प्रोटो-ग्रहीय डिस्क, पृथ्वी से लगभग 1,300 प्रकाश वर्ष नक्षत्र ओरियन में।

V883 Ori सूरज की तुलना में 200 गुना अधिक ऊर्जा का उत्सर्जन करता है, और मेरे सहयोगियों और मैंने माना कि यह अर्ध-भारी से सामान्य जल अनुपात का निरीक्षण करने के लिए एक आदर्श उम्मीदवार था।

V883 Ori के आसपास डिस्क की एक रेडियो छवि।
V883 Ori के चारों ओर प्रोटो-ग्रहीय डिस्क में नारंगी परत में दिखाया गया गैसीय पानी होता है, जिससे खगोलविदों को अर्ध-भारी से सामान्य पानी के अनुपात को मापने की अनुमति मिलती है। इमेज क्रेडिट: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), जे. टोबिन, बी. सैक्सटन (NRAO/AUI/NSF), CC BY

वाटर ट्रेल को पूरा करना

2021 में, अटाकामा लार्ज मिलिमीटर/सबमिलीमीटर ऐरे ने छह घंटे के लिए वी883 ओरी का माप लिया। डेटा से पता चला ए अर्द्ध भारी और सामान्य पानी के मजबूत हस्ताक्षर V883 ओरी के प्रोटो-ग्रहीय डिस्क से आ रहा है। हमने अर्ध-भारी और सामान्य पानी के अनुपात को मापा और पाया कि अनुपात बहुत अधिक था धूमकेतुओं में पाए जाने वाले अनुपातों के समान साथ ही अनुपात पाया युवा प्रोटोस्टार सिस्टम में.

ये परिणाम इंटरस्टेलर माध्यम, प्रोटोस्टार, प्रोटो-ग्रहीय डिस्क, और पृथ्वी जैसे ग्रहों के बीच विरासत की प्रक्रिया के माध्यम से पानी के बीच एक सीधा लिंक बनाने के लिए पानी के निशान के अंतर को भरते हैं, रासायनिक रीसेट नहीं।

नए परिणाम निश्चित रूप से दिखाते हैं कि पृथ्वी पर पानी का एक बड़ा हिस्सा अरबों साल पहले सूर्य के प्रज्वलित होने से पहले बना था। ब्रह्मांड के माध्यम से पानी के रास्ते के इस लापता टुकड़े की पुष्टि करने से पृथ्वी पर पानी की उत्पत्ति का सुराग मिलता है। वैज्ञानिकों ने पहले सुझाव दिया है कि पृथ्वी पर अधिकांश पानी ग्रह को प्रभावित करने वाले धूमकेतुओं से आया है. तथ्य यह है कि पृथ्वी पर धूमकेतु और V883 ओरी की तुलना में कम अर्ध-भारी पानी है, लेकिन रासायनिक रीसेट सिद्धांत से अधिक का उत्पादन होगा, इसका मतलब है कि पृथ्वी पर पानी एक से अधिक स्रोतों से आया है।वार्तालाप

इस लेख से पुन: प्रकाशित किया गया है वार्तालाप क्रिएटिव कॉमन्स लाइसेंस के तहत। को पढ़िए मूल लेख.

छवि क्रेडिट: ए एंजेलिच (NRAO/AUI/NSF)/ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), सीसी द्वारा

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