Bintang 'Goldilocks' Mengungkap Langkah Tersembunyi Sebelumnya dalam Bagaimana Air Sampai ke Bumi

Tanpa air, kehidupan di Bumi tidak akan ada seperti saat ini. Memahami sejarah air di alam semesta sangat penting untuk memahami bagaimana planet seperti Bumi terbentuk.

Para astronom biasanya menyebut perjalanan air dari pembentukannya sebagai molekul individu di ruang angkasa ke tempat peristirahatannya di permukaan planet sebagai "jalur air". Jejak dimulai di media antarbintang dengan gas hidrogen dan oksigen dan diakhiri dengan lautan dan lapisan es di planet, dengan bulan es yang mengorbit raksasa gas dan komet es serta asteroid yang mengorbit bintang. Awal dan akhir jejak ini mudah dilihat, tetapi bagian tengahnya tetap menjadi misteri.

Saya seorang astronom yang mempelajari pembentukan bintang dan planet menggunakan pengamatan dari teleskop radio dan infra merah. Dalam sebuah makalah baru, rekan-rekan saya dan saya menjelaskan pengukuran pertama yang pernah dilakukan bagian tengah jalur air yang sebelumnya tersembunyi ini dan apa arti temuan ini bagi air yang ditemukan di planet seperti Bumi.

Bagaimana Planet Terbentuk

Pembentukan bintang dan planet saling terkait. Apa yang disebut "kekosongan ruang"—atau medium antarbintang—sebenarnya mengandung sejumlah besar gas hidrogen, sejumlah kecil gas lain, dan butiran debu. Karena gravitasi, beberapa kantong media antarbintang akan menjadi lebih padat karena partikel saling tarik-menarik dan membentuk awan. Ketika kerapatan awan ini meningkat, atom-atom mulai bertabrakan lebih sering dan membentuk molekul yang lebih besar, termasuk air yang terbentuk pada butiran debu dan melapisi debu dengan es.

Bintang-bintang mulai terbentuk ketika bagian-bagian dari awan yang runtuh mencapai kepadatan tertentu dan cukup panas untuk mulai menyatukan atom hidrogen. Karena hanya sebagian kecil dari gas yang awalnya runtuh menjadi protobintang yang baru lahir, sisa gas dan debu membentuk piringan material yang diratakan berputar-putar di sekitar bintang yang baru lahir dan berputar. Para astronom menyebutnya piringan proto-planet.

Saat partikel debu es bertabrakan satu sama lain di dalam piringan proto-planet, mereka mulai mengumpul. Proses tersebut berlanjut dan akhirnya membentuk benda-benda luar angkasa yang sudah dikenal seperti asteroid, komet, planet berbatu seperti Bumi, dan raksasa gas seperti Jupiter atau Saturnus.

Dua Teori Sumber Air

Ada dua jalur potensial yang bisa diambil oleh air di tata surya kita. Yang pertama, disebut pewarisan kimia, adalah ketika molekul air yang awalnya terbentuk di medium antarbintang dikirim ke cakram protoplanet dan semua benda yang mereka ciptakan tanpa melalui perubahan apa pun.

Teori kedua disebut reset kimia. Dalam proses ini, panas dari pembentukan piringan protoplanet dan bintang yang baru lahir memecah molekul air, yang kemudian terbentuk kembali setelah piringan protoplanet mendingin.

Untuk menguji teori ini, para astronom seperti saya melihat rasio antara air normal dan jenis air khusus yang disebut air semi-berat. Air biasanya terbuat dari dua atom hidrogen dan satu atom oksigen. Air semi-berat terbuat dari satu atom oksigen, satu atom hidrogen, dan satu atom deuterium — isotop hidrogen yang lebih berat dengan neutron ekstra di nukleusnya.

Rasio air semi-berat dengan air normal adalah cahaya penuntun pada jalur air—mengukur rasio dapat memberi tahu banyak astronom tentang sumber air. Model kimia dan eksperimen telah menunjukkan bahwa sekitar 1,000 kali lebih banyak air semi-berat akan diproduksi di medium antarbintang yang dingin daripada dalam kondisi piringan protoplanet.

Perbedaan ini berarti bahwa dengan mengukur rasio air semi-berat dengan air normal di suatu tempat, para astronom dapat mengetahui apakah air tersebut melewati jalur pewarisan kimiawi atau pengaturan ulang kimiawi.

Mengukur Air Selama Pembentukan Planet

Komet memiliki rasio air semi-berat dengan air normal yang hampir sejalan dengan sempurna pewarisan kimia, artinya air belum mengalami perubahan kimia besar sejak pertama kali tercipta di luar angkasa. Rasio bumi berada di antara rasio pewarisan dan pengaturan ulang, sehingga tidak jelas dari mana air itu berasal.

Untuk benar-benar menentukan dari mana air di planet berasal, para astronom perlu menemukan piringan proto-planet goldilocks — piringan dengan suhu dan ukuran yang tepat untuk memungkinkan pengamatan air. Melakukan hal itu terbukti sangat sulit. Dimungkinkan untuk mendeteksi air semi-berat dan normal ketika air adalah gas; sayangnya bagi para astronom, sebagian besar piringan proto-tanaman sangat dingin dan kebanyakan mengandung es, dan hampir tidak mungkin untuk mengukur rasio air dari es pada jarak antarbintang.

Terobosan datang pada tahun 2016, ketika rekan-rekan saya dan saya sedang mempelajari piringan proto-planet di sekitar jenis bintang muda langka yang disebut bintang FU Orionis. Sebagian besar bintang muda mengonsumsi materi dari piringan protoplanet di sekitar mereka. Bintang FU Orionis unik karena mereka mengonsumsi materi sekitar 100 kali lebih cepat daripada bintang muda pada umumnya, dan sebagai hasilnya, memancarkan energi ratusan kali lebih banyak. Karena output energi yang lebih tinggi ini, piringan proto-planet di sekitar bintang FU Orionis memanas hingga suhu yang jauh lebih tinggi, mengubah es menjadi uap air hingga jarak yang jauh dari bintang.

Menggunakan Atacama Large Millimeter / submillimeter Array, teleskop radio yang kuat di Chile utara, Kami menemukan piringan protoplanet yang besar dan hangat di sekitar bintang muda mirip matahari V883 Ori, sekitar 1,300 tahun cahaya dari Bumi di konstelasi Orion.

V883 Ori memancarkan energi 200 kali lebih banyak daripada matahari, dan rekan-rekan saya serta saya menyadari bahwa ini adalah kandidat yang ideal untuk mengamati rasio air semi-berat dan air normal.

Menyelesaikan Jalur Air

Pada tahun 2021, Atacama Large Millimeter/submillimeter Array melakukan pengukuran V883 Ori selama enam jam. Data tersebut mengungkapkan a tanda tangan yang kuat dari air semi-berat dan normal berasal dari piringan proto-planet V883 Ori. Kami mengukur rasio air semi-berat dengan air normal dan menemukan bahwa rasionya sangat tinggi mirip dengan rasio yang ditemukan di komet serta rasio yang ditemukan dalam sistem protobintang yang lebih muda.

Hasil ini mengisi celah jejak air yang membentuk hubungan langsung antara air di medium antarbintang, protobintang, piringan protoplanet, dan planet seperti Bumi melalui proses pewarisan, bukan pengaturan ulang kimiawi.

Hasil baru menunjukkan secara pasti bahwa sebagian besar air di Bumi kemungkinan besar terbentuk miliaran tahun yang lalu, bahkan sebelum matahari tersulut. Mengonfirmasi bagian jalur air yang hilang ini melalui alam semesta menawarkan petunjuk tentang asal usul air di Bumi. Para ilmuwan sebelumnya telah menyarankan bahwa sebagian besar air di Bumi berasal dari komet yang menabrak planet ini. Fakta bahwa Bumi memiliki air semi-berat yang lebih sedikit daripada komet dan V883 Ori, tetapi lebih dari yang dihasilkan oleh teori reset kimiawi, berarti bahwa air di Bumi kemungkinan besar berasal dari lebih dari satu sumber.

Artikel ini diterbitkan kembali dari Percakapan di bawah lisensi Creative Commons. Membaca Artikel asli.

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

• Konten Bertenaga SEO & Distribusi PR. Dapatkan Amplifikasi Hari Ini.
• Platoblockchain. Intelijen Metaverse Web3. Pengetahuan Diperkuat. Akses Di Sini.
• Sumber: https://singularityhub.com/2023/03/17/a-goldilocks-star-reveals-a-previously-hidden-step-in-how-water-gets-to-earth/