'Goldilocks' 별은 물이 지구에 도달하는 방법에서 이전에 숨겨진 단계를 밝힙니다.

물이 없다면 지구상의 생명체는 오늘날과 같이 존재할 수 없습니다. 우주에서 물의 역사를 이해하는 것은 지구와 같은 행성이 어떻게 생겼는지 이해하는 데 중요합니다.

천문학자들은 일반적으로 물이 우주에서 개별 분자로 형성되어 행성 표면의 안식처에 이르기까지의 여정을 "워터 트레일"이라고 합니다. 트레일은 수소와 산소 가스가 있는 성간 매체에서 시작하여 행성의 바다와 만년설로 끝납니다. 얼음 달은 가스 거인을 공전하고 얼음 혜성과 별을 공전하는 소행성이 있습니다. 이 트레일의 시작과 끝은 쉽게 볼 수 있지만 중간은 미스터리로 남아 있습니다.

나는 천문학자다 라디오 및 적외선 망원경의 관측을 사용하여 별과 행성의 형성을 연구합니다. 새로운 논문에서 동료들과 나는 최초의 측정 이전에 숨겨져 있던 워터 트레일의 중간 부분과 이러한 발견이 지구와 같은 행성에서 발견되는 물에 대해 의미하는 바에 대해 알아봅니다.

행성이 형성되는 방법

별과 행성의 형성은 서로 얽혀 있습니다. 소위 "공간의 비움" 또는 성간 매개체는 실제로 다음을 포함합니다. 다량의 기체 수소, 적은 양의 기타 가스 및 먼지 알갱이. 중력으로 인해 성간 매체의 일부 주머니는 입자가 서로 끌어당길수록 밀도가 높아짐 그리고 구름을 형성합니다. 이러한 구름의 밀도가 증가함에 따라 원자는 더 자주 충돌하기 시작하고 더 큰 분자를 형성, 형성되는 물 포함 먼지 알갱이에 얼음으로 먼지를 코팅.

붕괴하는 구름의 일부가 특정 밀도에 도달하고 수소 원자를 융합하기 시작할 정도로 가열되면 별이 형성되기 시작합니다. 초기에 가스의 작은 부분만이 갓 태어난 원시성으로 붕괴되기 때문에 나머지 가스와 먼지는 재료의 평평한 디스크를 형성 회전하는 새로 태어난 별 주위를 돌고 있습니다. 천문학자들은 이것을 원시 행성 원반이라고 부릅니다.

원시 행성 원반 내부에서 얼음 먼지 입자가 서로 충돌하면서 그들은 뭉치기 시작한다. 이 과정은 계속되고 결국 소행성, 혜성, 지구와 같은 암석 행성, 목성이나 토성과 같은 가스 거인과 같은 친숙한 우주 물체를 형성합니다.

물의 근원에 대한 두 가지 이론

우리 태양계의 물이 취할 수 있는 두 가지 잠재적인 경로가 있습니다. 첫 번째는 화학적 유전, 성간 매질에서 원래 형성된 물 분자가 아무런 변화를 거치지 않고 원시 행성 원반과 그들이 생성하는 모든 몸체에 전달되는 것입니다.

두 번째 이론은 화학적 리셋. 이 과정에서 원시 행성 원반과 새로 태어난 별의 형성으로 인한 열은 물 분자를 분해하고 원시 행성 원반이 냉각되면 다시 형성됩니다.

이러한 이론을 테스트하기 위해 저와 같은 천문학자들은 일반 물과 준중수라고 하는 특별한 종류의 물 사이의 비율을 살펴봅니다. 물은 일반적으로 두 개의 수소 원자와 한 개의 산소 원자로 구성됩니다. 준중수는 산소 원자 XNUMX개, 수소 원자 XNUMX개, 중수소 원자 XNUMX개로 구성됩니다. 중수소는 핵에 중성자가 하나 더 있는 더 무거운 수소 동위원소입니다.

준중수와 정상수의 비율은 물길을 안내하는 등불입니다. 이 비율을 측정하면 천문학자들은 물의 출처에 대해 많은 것을 알 수 있습니다. 화학 모델 및 실험 차가운 성간 매질에서 약 1,000배 더 많은 준중수(semi-heavy water)가 생성될 것임을 보여주었다. protoplanetary 디스크의 조건보다.

이 차이는 한 장소에서 준중수와 일반 물의 비율을 측정함으로써 천문학자들이 그 물이 화학적 유전 또는 화학적 재설정 경로를 거쳤는지 여부를 알 수 있음을 의미합니다.

행성 형성 중 물 측정

혜성은 거의 완벽하게 일치하는 반 무거운 물과 일반 물의 비율을 가지고 있습니다. 화학적 유전, 이는 물이 우주에서 처음 생성된 이후 큰 화학적 변화를 겪지 않았음을 의미합니다. 지구의 비율은 상속 비율과 재설정 비율 사이 어딘가에 위치하므로 물의 출처가 불분명합니다.

행성의 물이 어디에서 오는지 진정으로 결정하기 위해 천문학자들은 물을 관찰할 수 있는 적절한 온도와 크기를 가진 골디락스 원시 행성 원반을 찾아야 했습니다. 그렇게 하면 엄청나게 어려운 것으로 판명되었습니다. 물이 기체일 때 준중수와 일반수를 감지할 수 있습니다. 불행하게도 천문학자들에게는 원시 식물 원반의 대다수가 매우 차갑고 대부분 얼음을 포함그리고 그것은 거의 물 비율 측정 불가능 성간 거리의 얼음에서.

2016년 동료들과 함께 FU Orionis 별이라고 하는 희귀한 유형의 젊은 별 주변의 원시 행성 원반을 연구하면서 돌파구가 마련되었습니다. 대부분의 어린 별들은 주변의 원시 행성 원반에서 물질을 소비합니다. FU Orionis 별은 일반적인 젊은 별보다 약 100배 더 빨리 물질을 소비하기 때문에 독특합니다. 수백 배 더 많은 에너지를 방출. 이 높은 에너지 출력으로 인해 FU Orionis 별 주변의 원시 행성 원반은 훨씬 더 높은 온도로 가열되어 별에서 먼 거리에 있는 얼음을 수증기로 바꿉니다.

사용법 - Atacama 대형 밀리미터 / 서브 밀리미터 어레이, 칠레 북부의 강력한 전파 망원경, 우리가 발견 한 지구에서 오리온자리 방향으로 약 883광년 떨어진 태양과 같은 젊은 별 V1,300 Ori 주변의 크고 따뜻한 원시 행성 원반.

V883 Ori는 태양보다 200배 더 많은 에너지를 방출하며, 저와 제 동료들은 이것이 보통 물에 대한 세미 헤비 물 비율을 관찰하기에 이상적인 후보라는 것을 인식했습니다.

워터 트레일 완성

2021년에 Atacama Large Millimeter/submillimeter Array는 883시간 동안 VXNUMX Ori를 측정했습니다. 데이터는 세미 헤비 워터와 노멀 워터의 강한 시그니처 V883 Ori의 원시 행성 원반에서 나옵니다. 준중수와 일반수의 비율을 측정한 결과 비율이 매우 높은 것으로 나타났습니다. 혜성에서 발견되는 비율과 유사 뿐만 아니라 발견된 비율 젊은 프로토스타 시스템에서.

이러한 결과는 화학적 재설정이 아닌 상속 과정을 통해 성간 매질의 물, 원시성, 원시 행성 원반 및 지구와 같은 행성 사이의 직접적인 연결을 단조하는 워터 트레일의 간격을 채웁니다.

새로운 결과는 지구에 있는 물의 상당 부분이 태양이 발화하기도 전인 수십억 년 전에 형성되었을 가능성이 높다는 것을 확실히 보여줍니다. 우주를 통과하는 이 잃어버린 물의 경로를 확인하면 지구에서 물의 기원에 대한 단서를 얻을 수 있습니다. 과학자들은 이전에 지구상의 대부분의 물이 행성에 충돌하는 혜성에서 왔습니다.. 지구에 혜성 및 V883 Ori보다 준중수(semi-heavy water)가 적지만 화학적 재설정 이론이 생성하는 것보다 더 많다는 사실은 지구상의 물이 하나 이상의 출처에서 왔을 가능성이 있음을 의미합니다.

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이미지 신용 : A. 안젤리치(NRAO/AUI/NSF)/ALMA(ESO/NAOJ/NRAO), CC BY

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