Protostella luminosa fa luce sulle origini dell'acqua terrestre

Lo studio di una giovane stella e del suo disco protoplanetario ha fornito importanti informazioni sulle origini dell'acqua sulla Terra. I ricercatori hanno determinato la composizione isotopica dell'acqua nel disco e l'hanno trovata simile a quella delle comete nel sistema solare. Ciò suggerisce che gran parte dell'acqua sulla Terra ha origini interstellari che precedono il Sole.

Gli scienziati planetari hanno a lungo dibattuto sulle origini dell'acqua sulla Terra. Questo perché è generalmente accettato che la regione del disco protoplanetario del Sole in cui si è formata la Terra fosse troppo calda perché l'acqua liquida si condensasse insieme ad altri materiali che compongono la Terra. Una delle principali spiegazioni è che la Terra sia arrivata in seguito su comete e altri oggetti dal sistema solare esterno, dopo essersi formata per la prima volta nello spazio interstellare.

Ora, un studio descritto in un articolo in Natura presenta nuove prove sulle origini dell'acqua sulla Terra basate sull'osservazione della giovane stella e del suo disco protoplanetario. Questo è un disco di gas denso e polvere che si forma intorno a una nuova stella e, nelle giuste condizioni, si evolverà in un sistema di pianeti. Lo studio sostiene l'idea che almeno una parte dell'acqua sulla Terra sia arrivata dalle regioni esterne del sistema solare.

Colmare una lacuna

Usando il radiotelescopio Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), gli autori hanno scoperto l'acqua gassosa in un disco protoplanetario di formazione planetaria che circonda la lontana protostella V883 Orionis. Le osservazioni colmano un'importante lacuna nella nostra comprensione della distribuzione dell'acqua durante la formazione dei sistemi planetari e potrebbero significare che l'acqua sulla Terra precede la formazione del Sole.

Giovanni Tobino, astronomo del National Radio Astronomy Observatory e autore principale dell'articolo Mondo Fisico che il punto cruciale di questa ricerca era il rapporto osservato tra acqua semipesante e acqua leggera nel V883 Orionis. Una molecola di acqua leggera contiene due nuclei di idrogeno-1, mentre l'acqua semipesante contiene un nucleo di idrogeno-1 e un nucleo di idrogeno-2 (deuterio).

"Una parte dell'acqua nella tua doccia è composta da deuterio, circa 1 su 3000 molecole", afferma Tobin. “Si tratta di una grande quantità perché se l'acqua non si fosse formata nel mezzo interstellare, prima della formazione del Sole, allora ci aspetteremmo che solo 1 molecola d'acqua su 50,000 fosse fatta di deuterio. Questo ci dice che una frazione significativa dell'acqua della Terra si è formata nello spazio interstellare».

Rapporto importante

Questo rapporto isotopico tra acqua semipesante e acqua leggera è la chiave per capire come l'acqua della Terra sia arrivata fin qui. Gli scienziati hanno misurato questo rapporto sulla Terra, nelle comete, nelle protostelle e persino nello spazio interstellare. Questa osservazione di V883 Orionis, tuttavia, è la prima volta che il rapporto è stato misurato in un disco protoplanetario.

Tobin dice che ci sono due modi in cui l'acqua potrebbe arrivare su un pianeta come la Terra. Si tratta di ereditarietà chimica e ripristino chimico. Nel modello di ereditarietà chimica, l'acqua si forma nello spazio interstellare prima di essere consegnata a un disco protoplanetario con il suo rapporto isotopico invariato. Secondo il modello di ripristino chimico, il calore generato all'interno di un disco protoplanetario rompe le molecole d'acqua. Mentre il disco si raffredda, le molecole d'acqua si riformano con un rapporto isotopico distinto, che è inferiore al rapporto previsto per l'acqua ereditata dallo spazio interstellare.

Si scopre che il rapporto tra l'acqua della Terra è da qualche parte tra quello previsto da questi due modelli. Di conseguenza, Tobin e colleghi erano desiderosi di studiare il rapporto isotopico dell'acqua in un disco protoplanetario, che avrebbe fatto luce sul collegamento che portava l'acqua dallo spazio interstellare alla Terra.

Liquido, non congelato

Utilizzando il radiotelescopio ALMA nel nord del Cile, Tobin ei suoi colleghi hanno osservato il disco protoplanetario attorno a V883 Orionis. Questa è una protostella - una stella molto giovane che sta ancora accumulando materiali dai suoi dintorni - che dista circa 1300 anni luce dalla Terra. Questa stella è circa 200 volte più luminosa del Sole. Questa produzione di energia extra significa che l'acqua nel disco protoplanetario è in forma liquida. Questo è importante perché è molto più facile misurare il rapporto isotopico dell'acqua liquida rispetto all'acqua congelata nei dischi protoplanetari precedentemente osservati.

Gli asteroidi, non le comete, hanno fornito alla Terra la maggior parte della sua acqua

Nel 2021, ALMA ha osservato V883 Orionis per sei ore, consentendo ai ricercatori di determinare il rapporto isotopico del suo disco protoplanetario. Hanno scoperto che il rapporto è molto simile a quello delle comete e dei sistemi protostellari più giovani.

Tobin spiega che questo colma un'importante lacuna della nostra conoscenza della formazione dell'acqua.

"Il rapporto tra acqua semipesante e normale [D/H] in sistemi come le comete, le protostelle e la Terra indica che l'acqua ha un significativo miglioramento del suo rapporto D/H rispetto al rapporto D/H cosmico", afferma Tobin. “L'acqua può formarsi solo con un alto rapporto D/H sulla superficie dei granelli di polvere nel freddo mezzo interstellare. Pertanto, il fatto che il rapporto D/H dell'acqua sia migliorato e relativamente costante durante la formazione di stelle e pianeti (e della Terra) significa che una frazione significativa della nostra acqua deve essersi formata nel freddo mezzo interstellare ed essere stata trasportata sulla Terra relativamente inalterata».

La ricerca è descritta in Natura.

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