「ゴルディロックス」星は、水が地球に到達するまでの以前は隠されていたステップを明らかにする

水がなければ、地球上の生命は今日のように存在できませんでした。 宇宙の水の歴史を理解することは、地球のような惑星がどのように形成されたかを理解する上で重要です。

天文学者は通常、水が宇宙で個々の分子として形成されてから、惑星の表面の静止場所に至るまでの移動を「ウォーター トレイル」と呼んでいます。 トレイルは、水素ガスと酸素ガスを含む星間物質から始まり、海と惑星の氷冠で終わります。氷の月はガス巨人を周回し、氷の彗星と小惑星は星を周回します。 このトレイルの始まりと終わりは簡単にわかりますが、途中は謎のままです。

私は天文学者です 電波望遠鏡と赤外線望遠鏡からの観測を使用して、星や惑星の形成を研究している。 新しい論文で、私の同僚と私は、 これまでに行われた最初の測定 これまで隠れていた水路の中央部分と、これらの発見が地球のような惑星で見つかった水にとって何を意味するのか.

惑星の形成方法

星と惑星の形成は絡み合っています。 いわゆる「宇宙の空」、または星間物質には、実際には次のものが含まれています。 大量の水素ガス、少量の他のガス、および ほこりの粒. 重力により、星間物質のいくつかのポケットは 粒子が互いに引き合うにつれて密度が高くなる そして雲を形成します。 これらの雲の密度が増加するにつれて、原子はより頻繁に衝突し始め、 より大きな分子を形成する、生成する水を含む ダスト粒子に付着し、ダストを氷で覆う.

崩壊する雲の一部が特定の密度に達し、水素原子が融合し始めるのに十分なほど熱くなると、星が形成され始めます。 生まれたばかりの原始星に最初に崩壊するのはガスのごく一部だけなので、残りのガスと塵は 材料の平らな円盤を形成する 回転する生まれたばかりの星の周りを一周します。 天文学者はこれを原始惑星系円盤と呼んでいます。

原始惑星系円盤の中で氷のような塵の粒子が衝突すると、 彼らは一緒に群がり始めます. このプロセスは継続し、最終的には、小惑星、彗星、地球のような岩石惑星、木星や土星のような巨大ガス惑星など、おなじみの宇宙の物体を形成します。

水源の二説

私たちの太陽系の水がたどった可能性のある経路は XNUMX つあります。 と呼ばれる最初の 化学遺伝、最初に星間物質で形成された水分子が、原始惑星系円盤とそれらが作成するすべての物体に、何の変化も受けずに届けられるときです.

XNUMX番目の理論は呼ばれます ケミカルリセット. このプロセスでは、原始惑星系円盤と新生星の形成による熱が水分子を分解し、原始惑星系円盤が冷えると水分子が再形成されます。

これらの理論を検証するために、私のような天文学者は通常の水と準重水と呼ばれる特別な種類の水との比率を調べます。 通常、水は水素原子XNUMX個と酸素原子XNUMX個からできています。 半重水は、酸素原子 XNUMX 個、水素原子 XNUMX 個、重水素原子 XNUMX 個 (核内に余分な中性子を持つ水素のより重い同位体) でできています。

準重水と通常の水の比率は、水の流れを導く光です。この比率を測定することで、天文学者は水の源について多くのことを知ることができます。 化学モデル および 実験 低温の星間物質では、約 1,000 倍の準重水が生成されることが示されています。 原始惑星系円盤の状態よりも.

この違いは、ある場所で準重水と通常の水との比率を測定することで、天文学者はその水が化学的遺伝経路または化学的リセット経路を通過したかどうかを知ることができることを意味します。

惑星形成時の水の測定

彗星は、準重水と通常の水との比率がほぼ完全に一致しています。 化学遺伝これは、水が宇宙で最初に作成されて以来、大きな化学変化を受けていないことを意味します。 地球の比率は、継承比率とリセット比率の中間にあり、水がどこから来たのかは不明です。

惑星の水がどこから来ているのかを正確に決定するために、天文学者はゴルディロックスの原始惑星系円盤を見つける必要がありました。これは、水の観測を可能にするのにちょうどいい温度とサイズの円盤です。 そうすることで 信じられないほど難しいことが判明した. 水が気体の場合、準重水と通常の水を検出できます。 天文学者にとって残念なことに、原始惑星系円盤の大部分は非常に寒く、 主に氷を含む、そしてそれはほぼ 水の比率を測定することは不可能 星間距離の氷から。

ブレークスルーが訪れたのは 2016 年で、同僚と私が FU Orionis 星と呼ばれる珍しいタイプの若い星の周りの原始惑星系円盤を研究していたときです。 ほとんどの若い星は、周囲の原始惑星系円盤から物質を消費します。 FU Orionis 星は、通常の若い星よりも約 100 倍速く物質を消費するという点で独特であり、その結果、 数百倍のエネルギーを放出. このより高いエネルギー出力により、オリオン座 FU 星の周りの原始惑星系円盤ははるかに高い温度に加熱され、星から遠く離れたところまで氷が水蒸気に変わります。

使い方 Atacamaラージミリ/サブミリアレイ、チリ北部の強力な電波望遠鏡、 我々が発見した オリオン座の地球から約 883 光年離れた、太陽のような若い星 V1,300 Ori の周りの大きくて暖かい原始惑星系円盤。

V883 Ori は太陽の 200 倍のエネルギーを放出しており、私の同僚と私は、通常の水の比率に対する準重水の比率を観察するのに理想的な候補であることを認識しました。

ウォータートレイルの完成

2021 年には、Atacama Large Millimeter/submillimeter Array が V883 Ori の測定を XNUMX 時間行いました。 データは、 やや重めの水と通常の水の強い特徴 V883 Ori の原始惑星系円盤から来ています。 準重水と通常の水との比率を測定したところ、その比率は非常に高いことがわかりました。 彗星に見られる比率に似ている 見つかった比率と同様に 若い原始星系で.

これらの結果は、化学的リセットではなく、遺伝のプロセスを通じて、星間物質、原始星、原始惑星系円盤、および地球のような惑星の水の間の直接的なつながりを築く水の軌跡のギャップを埋めます。

新しい結果は、地球上の水のかなりの部分が、太陽が点火する前の数十億年前に形成された可能性が最も高いことを明確に示しています。 この行方不明になった水の一部が宇宙を通過していることを確認することで、地球上の水の起源の手がかりが得られます。 科学者たちは以前、地球上のほとんどの水は 惑星に衝突する彗星から来た. 地球の準重水は、彗星や V883 Ori よりも少ないが、ケミカル リセット理論が生成するよりも多いという事実は、地球上の水が XNUMX つ以上のソースから来た可能性が高いことを意味します。

この記事はから再公開されます 会話 クリエイティブコモンズライセンスの下で 読む 原著.

画像のクレジット： A. アンゲリッチ (NRAO/AUI/NSF)/ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), CC BY

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• 情報源： https://singularityhub.com/2023/03/17/a-goldilocks-star-reveals-a-previously-hidden-step-in-how-water-gets-to-earth/