Az „aranyhajú” csillag egy korábban rejtett lépést tár fel a víz Földre jutásának folyamatában

Víz nélkül nem létezhetne olyan élet a Földön, mint ma. Az univerzumban a víz történetének megértése elengedhetetlen ahhoz, hogy megértsük, hogyan keletkeznek a Földhöz hasonló bolygók.

A csillagászok azt az utat, amelyet a víz az űrben keletkezésétől, mint egyedi molekuláktól a bolygók felszínén elhelyezkedő nyugvóhelyéig megtesz, általában „vízútnak” nevezik. A nyomvonal a csillagközi közegben kezdődik hidrogénnel és oxigéngázzal, és óceánokkal és jégsapkákkal végződik a bolygókon, jeges holdakkal, amelyek gázóriások körül keringenek, valamint jeges üstökösökkel és aszteroidákkal, amelyek csillagok körül keringenek. Ennek az ösvénynek az eleje és vége könnyen belátható, de a közepe rejtély maradt.

csillagász vagyok aki a csillagok és bolygók keletkezését tanulmányozza rádió- és infratávcsövek megfigyelései segítségével. Egy új cikkben kollégáimmal leírjuk a az első mérések a vízi ösvény e korábban elrejtett középső részéről, és arról, hogy ezek a leletek mit jelentenek az olyan bolygókon található víz számára, mint a Föld.

Hogyan keletkeznek a bolygók

A csillagok és a bolygók kialakulása összefonódik. Az úgynevezett „űrüresség” – vagy a csillagközi közeg – valójában tartalmaz nagy mennyiségű gáznemű hidrogén, kisebb mennyiségű egyéb gázok, és porszemek. A gravitáció hatására a csillagközi közeg néhány zsebe meg fog válni sűrűbb, mivel a részecskék vonzzák egymást és felhőket alkotnak. E felhők sűrűségének növekedésével az atomok gyakrabban kezdenek ütközni és nagyobb molekulákat képeznek, beleértve a képződő vizet is porszemeken, és jégbe vonja a port.

A csillagok akkor kezdenek kialakulni, amikor az összeomló felhő egyes részei elérnek egy bizonyos sűrűséget, és eléggé felmelegednek ahhoz, hogy elkezdjék a hidrogénatomok egyesülését. Mivel kezdetben a gáznak csak egy kis része esik össze az újszülött protocsillaggá, a többi gáz és por lapított anyagkorongot képez kering a forgó, újszülött csillag körül. A csillagászok ezt protoplanetáris lemeznek nevezik.

Ahogy a jeges porszemcsék egymásnak ütköznek egy protobolygó korongon belül, kezdenek összetapadni. A folyamat folytatódik, és végül kialakulnak az űr ismerős objektumai, mint aszteroidák, üstökösök, sziklás bolygók, mint a Föld, és gázóriások, mint a Jupiter vagy a Szaturnusz.

Két elmélet a vízforrásról

Naprendszerünkben a víz két lehetséges utat járhat be. Az első, ún kémiai öröklődés, amikor az eredetileg a csillagközi közegben keletkezett vízmolekulákat a protobolygók korongjaira és az általuk létrehozott összes testre juttatják anélkül, hogy bármiféle változáson mennének keresztül.

A második elmélet az ún kémiai visszaállítás. Ebben a folyamatban a protobolygó-korong és az újszülött csillag képződéséből származó hő széttöri a vízmolekulákat, amelyek aztán átalakulnak, amint a protobolygó korong lehűl.

Ezen elméletek tesztelésére a hozzám hasonló csillagászok megvizsgálják a normál víz és egy különleges vízfajta, az úgynevezett félnehéz víz arányát. A víz általában két hidrogénatomból és egy oxigénatomból áll. A félnehéz víz egy oxigénatomból, egy hidrogénatomból és egy deutériumatomból áll – a hidrogén nehezebb izotópja, a magjában egy extra neutronnal.

A félnehéz és a normál víz aránya iránymutató a vízi nyomvonalon – az arány mérése sokat elárulhat a csillagászoknak a víz forrásáról. Kémiai modellek és a kísérletek kimutatták, hogy körülbelül 1,000-szer több félnehéz víz fog termelődni a hideg csillagközi közegben mint egy protoplanetáris korong körülményei között.

Ez a különbség azt jelenti, hogy egy helyen a félnehéz és a normál víz arányának mérésével a csillagászok meg tudják állapítani, hogy a víz átment-e a kémiai öröklődési vagy kémiai visszaállítási útvonalon.

Vízmérés a bolygó kialakulása során

Az üstökösökben a félnehéz és a normál víz aránya szinte tökéletesen megegyezik kémiai öröklődés, ami azt jelenti, hogy a víz nem ment át jelentős kémiai változáson, mióta először létrejött az űrben. A Föld aránya valahol az öröklődési és visszaállítási arány között helyezkedik el, így nem világos, honnan származik a víz.

Ahhoz, hogy valóban megállapíthassák, honnan származik a víz a bolygókon, a csillagászoknak meg kellett találniuk egy aranyhajú protobolygó-korongot – olyat, amely éppen megfelelő hőmérsékletű és méretű a víz megfigyeléséhez. Így tett hihetetlenül nehéznek bizonyult. Lehetséges a félnehéz és normál víz észlelése, ha a víz gáz; sajnos a csillagászok számára a proto-plantáris korongok túlnyomó többsége nagyon hideg és többnyire jeget tartalmaznak, és már majdnem a vízarányok mérése lehetetlen a jégből csillagközi távolságban.

Az áttörést 2016-ban érte el, amikor kollégáimmal egy ritka típusú fiatal csillag körüli protobolygó-korongokat tanulmányoztunk, az úgynevezett FU Orionis csillagokat. A legtöbb fiatal csillag a körülöttük lévő protobolygó-korongokról fogyaszt anyagot. A FU Orionis csillagok egyedülállóak, mert körülbelül 100-szor gyorsabban fogyasztják el az anyagot, mint a tipikus fiatal csillagok, és ennek eredményeként százszor több energiát bocsátanak ki. Ennek a nagyobb energiateljesítménynek köszönhetően a FU Orionis csillagok körüli protobolygó-korongok sokkal magasabb hőmérsékletre hevülnek, és a jeget vízgőzné változtatják nagy távolságra a csillagtól.

az Atacama nagy milliméter / szubmilliméter tömb, egy erős rádióteleszkóp Észak-Chilében, fedeztük fel egy nagy, meleg protobolygó korong a V883 Ori napszerű fiatal csillag körül, körülbelül 1,300 fényévre a Földtől az Orion csillagképben.

A V883 Ori 200-szor több energiát bocsát ki, mint a nap, és kollégáimmal felismertük, hogy ideális jelölt a félnehéz és a normál víz arányának megfigyelésére.

A vízi ösvény befejezése

2021-ben az Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array hat órán keresztül mérte a V883 Ori-t. Az adatokból kiderült a a félnehéz és normál víz erős jele a V883 Ori protoplanetáris lemezéről származik. Megmértük a félnehéz és a normál víz arányát, és azt találtuk, hogy az arány nagyon hasonló az üstökösökben található arányokhoz valamint a talált arányokat fiatalabb protostar rendszerekben.

Ezek az eredmények kitöltik a víz nyomvonalának hézagát, közvetlen kapcsolatot teremtve a csillagközi közegben lévő víz, a protocsillagok, a protobolygók korongjai és az olyan bolygók között, mint a Föld, az öröklődés, nem pedig a kémiai visszaállítás folyamata révén.

Az új eredmények határozottan azt mutatják, hogy a Földön a víz jelentős része nagy valószínűséggel évmilliárdokkal ezelőtt keletkezett, még mielőtt a Nap meggyulladt volna. Ennek a hiányzó vízdarabnak az univerzumon keresztüli útjának megerősítése nyomokat ad a víz földi eredetéhez. A tudósok korábban azt javasolták, hogy a legtöbb víz a Földön a bolygót becsapó üstökösöktől származtak. Az a tény, hogy a Földön kevesebb félnehéz víz van, mint az üstökösökben és a V883 Oriban, de többet, mint amennyit a kémiai visszaállítási elmélet produkálna, azt jelenti, hogy a Földön a víz valószínűleg több forrásból származik.

Ezt a cikket újra kiadják A beszélgetés Creative Commons licenc alatt. Olvassa el a eredeti cikk.

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

• SEO által támogatott tartalom és PR terjesztés. Erősödjön még ma.
• Platoblockchain. Web3 metaverzum intelligencia. Felerősített tudás. Hozzáférés itt.
• Forrás: https://singularityhub.com/2023/03/17/a-goldilocks-star-reveals-a-previously-hidden-step-in-how-water-gets-to-earth/