פרוטוסטאר זוהר שופך אור על מקורות המים של כדור הארץ

מחקר על כוכב צעיר והדיסק הפרוטו-פלנטרי שלו סיפק תובנות חשובות לגבי מקורות המים על פני כדור הארץ. חוקרים קבעו את ההרכב האיזוטופי של המים בדיסק ומצאו שהוא דומה לזה של שביטים במערכת השמש. זה מצביע על כך שלחלק גדול מהמים על פני כדור הארץ יש מקורות בין-כוכביים שקודמים לשמש.

מדענים פלנטריים התווכחו זה מכבר על מקורות המים בכדור הארץ. הסיבה לכך היא שמקובל בדרך כלל שהאזור של הדיסק הפרו-פלנטרי של השמש שבו נוצר כדור הארץ היה חם מדי מכדי שהמים הנוזליים יתעבו יחד עם חומרים אחרים המרכיבים את כדור הארץ. הסבר מוביל הוא שכדור הארץ הגיע מאוחר יותר על שביטים וחפצים אחרים ממערכת השמש החיצונית - לאחר שנוצרו לראשונה בחלל הבין-כוכבי.

עכשיו, א מחקר שתואר במאמר ב טבע מציג עדויות חדשות לגבי מקורות המים על פני כדור הארץ בהתבסס על תצפית של כוכב צעיר והדיסק הפרוטו-פלנטרי שלו. זהו דיסק של גז צפוף ואבק שנוצר סביב כוכב חדש, ובתנאים הנכונים, יתפתח למערכת של כוכבי לכת. המחקר מגבה את הרעיון שלפחות חלק מהמים על פני כדור הארץ הגיעו מאזורים חיצוניים של מערכת השמש.

ממלא פער

באמצעות טלסקופ הרדיו Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), המחברים גילו מים גזים בדיסק יוצר כוכבי לכת (פרוטו-פלנטרי) המקיף את הפרוטוסטאר המרוחק V883 Orionis. התצפיות ממלאות פער חשוב בהבנתנו את התפלגות המים במהלך היווצרותן של מערכות פלנטריות ויכולות להיות שהמים על פני כדור הארץ קודמים להיווצרות השמש.

ג'ון טובין, אסטרונום במצפה הכוכבים הלאומי לרדיו אסטרונומיה והמחבר הראשי של המאמר, סיפר עולם פיזי שעיקר המחקר הזה היה היחס שנצפה בין מים כבדים למחצה למים קלים ב-V883 Orionis. מולקולת מים קלים מכילה שני גרעיני מימן-1, ואילו מים כבדים למחצה מכילים גרעין מימן-1 אחד וגרעין מימן-2 (דאוטריום).

"חלק מהמים במקלחת שלך עשוי מדוטריום, בערך 1 מכל 3000 מולקולות", אומר טובין. "זו כמות גדולה כי אם המים לא נוצרו בתווך הבין-כוכבי, לפני היווצרות השמש, אז היינו מצפים שרק אחת מכל 1 מולקולות מים תיווצר עם דאוטריום. זה אומר לנו שחלק משמעותי מהמים של כדור הארץ נוצר בחלל הבין-כוכבי".

יחס חשוב

היחס האיזוטופי הזה בין מים כבדים למחצה ומים קלים הוא המפתח להבנה כיצד הגיעו המים של כדור הארץ לכאן. מדענים מדדו את היחס הזה על פני כדור הארץ, בשביטים, בפרוטוסטארים ואפילו בחלל הבין-כוכבי. תצפית זו על V883 Orionis, לעומת זאת, היא הפעם הראשונה שהיחס נמדד בדיסק פרוטו-פלנטרי.

טובין אומר שיש שתי דרכים שבהן מים יכולים להגיע לכוכב לכת כמו כדור הארץ. אלה הם הורשה כימית ואיפוס כימי. במודל ההורשה הכימית, מים נוצרים בחלל הבין-כוכבי לפני שהם מועברים לדיסק פרוטו-פלנטרי עם יחס האיזוטופי שלהם ללא שינוי. תחת מודל האיפוס הכימי, החום שנוצר בתוך דיסק פרוטופלנטרי מפרק מולקולות מים. כשהדיסק מתקרר, מולקולות המים מתחדשות עם יחס איזוטופי מובהק - הנמוך מהיחס הצפוי למים שיורשו מהחלל הבין-כוכבי.

מסתבר שהיחס בין המים של כדור הארץ הוא איפשהו בין זה שנחזה על ידי שני המודלים הללו. כתוצאה מכך, טובין ועמיתיו היו להוטים לחקור את היחס האיזוטופי של מים בדיסק פרוטופלנטרי, שישפוך אור על החוליה שהובילה מים מהחלל הבין-כוכבי לכדור הארץ.

נוזלי, לא קפוא

באמצעות טלסקופ הרדיו ALMA בצפון צ'ילה, טובין ועמיתיו צפו בדיסק הפרו-פלנטרי סביב V883 Orionis. זהו פרוטוסטאר - כוכב צעיר מאוד שעדיין צובר חומרים מסביבתו - שנמצא במרחק של כ-1300 שנות אור מכדור הארץ. כוכב זה בהיר בערך פי 200 מהשמש. תפוקת אנרגיה נוספת זו פירושה שהמים בדיסק הפרוטופלנטרי נמצאים בצורה נוזלית. זה חשוב כי הרבה יותר קל למדוד את היחס האיזוטופי של מים נוזליים מאשר המים הקפואים בדיסקים פרוטו-פלנטריים שנצפו בעבר.

אסטרואידים, לא שביטים, נתנו לכדור הארץ את רוב המים שלו

בשנת 2021, ALMA צפתה ב-V883 Orionis במשך שש שעות, מה שאפשר לחוקרים לקבוע את היחס האיזוטופי של הדיסק הפרוטו-פלנטרי שלו. הם מצאו שהיחס דומה מאוד לזה של שביטים ומערכות פרוטוסטאר צעירות יותר.

טובין מסביר שזה משלים פער חשוב בידע שלנו על היווצרות מים.

"היחס בין מים חצי כבדים למים רגילים [D/H] במערכות כמו שביטים, פרוטוסטארים וכדור הארץ מצביע על כך שלמים יש שיפור משמעותי ביחס D/H שלהם ביחס ליחס D/H הקוסמי", אומר טובין. "מים יכולים להיווצר רק עם יחס D/H גבוה על פני השטח של גרגרי אבק במדיום הבין-כוכבי הקר. לכן, העובדה שיחס המים D/H משופר וקבוע יחסית לאורך היווצרות כוכבים וכוכבי לכת (וכדור הארץ) פירושה שחלק משמעותי מהמים שלנו חייב להיווצר במדיום הבין-כוכבי הקר והועבר לכדור הארץ ללא שינוי יחסית."

המחקר מתואר ב טבע.

• הפצת תוכן ויחסי ציבור מופעל על ידי SEO. קבל הגברה היום.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. ידע מוגבר. גישה כאן.
• הטבעת העתיד עם אדריאן אשלי. גישה כאן.
• מקור: https://physicsworld.com/a/luminous-protostar-sheds-light-on-the-origins-of-earths-water/