Lysende protostjerne kaster lys over opprinnelsen til jordens vann

En studie av en ung stjerne og dens protoplanetariske skive har gitt viktig innsikt i opprinnelsen til vannet på jorden. Forskere har bestemt den isotopiske sammensetningen av vannet i skiven og funnet å være lik den til kometer i solsystemet. Dette antyder at mye av vannet på jorden har interstellar opprinnelse som er før solen.

Planetforskere har lenge diskutert opprinnelsen til vann på jorden. Dette er fordi det er generelt akseptert at området av solens protoplanetariske skive der jorden ble dannet, var for varmt til at flytende vann kunne kondensere sammen med andre materialer som utgjør jorden. En ledende forklaring er at jorden kom senere på kometer og andre objekter fra det ytre solsystemet – etter først å ha dannet seg i det interstellare rommet.

Nå, a studie beskrevet i en artikkel i Natur presenterer nye bevis om opprinnelsen til vann på jorden basert på observasjon av en ung stjerne og dens protoplanetariske skive. Dette er en skive av tett gass og støv som dannes rundt en ny stjerne og, under de rette forholdene, vil utvikle seg til et system av planeter. Studien støtter ideen om at i det minste noe av vannet på jorden kom fra ytre områder av solsystemet.

Fyller et gap

Ved å bruke Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) radioteleskop oppdaget forfatterne gassformig vann i en planetdannende (protoplanetarisk) skive som omgir den fjerne protostjernen V883 Orionis. Observasjonene fyller et viktig tomrom i vår forståelse av vannfordelingen under dannelsen av planetsystemer og kan bety at vannet på jorden går før dannelsen av Solen.

John Tobin, fortalte en astronom ved National Radio Astronomy Observatory og hovedforfatter av papiret Fysisk verden at kjernen i denne forskningen var det observerte forholdet mellom halvtungt vann og lett vann i V883 Orionis. Et lettvannmolekyl inneholder to hydrogen-1-kjerner, mens semi-tungt vann inneholder en hydrogen-1-kjerne og en hydrogen-2 (deuterium) kjerne.

"En del av vannet i dusjen din er laget av deuterium, omtrent 1 av hver 3000 molekyler," sier Tobin. "Dette er en stor mengde fordi hvis vannet ikke ble dannet i det interstellare mediet, før dannelsen av solen, ville vi bare forvente at 1 av hver 50,000 XNUMX vannmolekyler ble laget med deuterium. Dette forteller oss at en betydelig brøkdel av jordens vann ble dannet i det interstellare rommet.»

Viktig forhold

Dette isotopforholdet mellom halvtungt vann og lett vann er nøkkelen til å forstå hvordan jordens vann kom hit. Forskere har målt dette forholdet på jorden, i kometer, i protostjerner og til og med i det interstellare rommet. Denne observasjonen av V883 Orionis er imidlertid første gang forholdet er målt i en protoplanetarisk skive.

Tobin sier at det er to måter vann kan komme til en planet som Jorden. Disse er kjemisk arv og kjemisk tilbakestilling. I den kjemiske arvemodellen dannes vann i det interstellare rommet før det leveres til en protoplanetarisk skive med uendret isotopforhold. Under den kjemiske tilbakestillingsmodellen bryter varmen som genereres i en protoplanetarisk skive opp vannmolekyler. Når skiven avkjøles, reformeres vannmolekyler med et distinkt isotopforhold - som er lavere enn forholdet som forventes for vann som er arvet fra det interstellare rommet.

Det viser seg at forholdet mellom jordens vann er et sted mellom det som er forutsagt av disse to modellene. Som et resultat var Tobin og kollegene opptatt av å studere isotopforholdet mellom vann i en protoplanetarisk skive, som ville kaste lys på koblingen som fraktet vann fra det interstellare rommet til jorden.

Flytende, ikke frossen

Ved å bruke ALMA-radioteleskopet i Nord-Chile observerte Tobin og hans kolleger den protoplanetariske skiven rundt V883 Orionis. Dette er en protostjerne – en veldig ung stjerne som fortsatt samler opp materialer fra omgivelsene – som er omtrent 1300 lysår fra jorden. Denne stjernen er omtrent 200 ganger lysere enn solen. Denne ekstra energieffekten betyr at vannet i den protoplanetariske skiven er i flytende form. Dette er viktig fordi det er mye lettere å måle isotopforholdet til flytende vann enn det frosne vannet i tidligere observerte protoplanetariske skiver.

Asteroider, ikke kometer, ga jorden mesteparten av vannet

I 2021 observerte ALMA V883 Orionis i seks timer, slik at forskerne kunne bestemme isotopforholdet til dens protoplanetariske skive. De fant at forholdet var veldig likt det for kometer og yngre protostjernesystemer.

Tobin forklarer at dette fyller ut et viktig gap i vår kunnskap om dannelsen av vann.

"Forholdet mellom halvtungt og normalt vann [D/H] i systemer som kometer, protostjerner og Jorden indikerer at vannet har en betydelig forbedring av D/H-forholdet i forhold til det kosmiske D/H-forholdet," sier Tobin. "Vann kan bare dannes med et høyt D/H-forhold på overflatene til støvkorn i det kalde interstellare mediet. Derfor betyr det faktum at vann-D/H-forholdet er forbedret og relativt konstant gjennom hele stjerne- og planetformasjonen (og jorden) at en betydelig brøkdel av vannet vårt må ha dannet seg i det kalde interstellare mediet og blitt transportert til jorden relativt uendret.»

Forskningen er beskrevet i Natur.

• SEO-drevet innhold og PR-distribusjon. Bli forsterket i dag.
• Platoblokkkjede. Web3 Metaverse Intelligence. Kunnskap forsterket. Tilgang her.
• Minting the Future med Adryenn Ashley. Tilgang her.
• kilde: https://physicsworld.com/a/luminous-protostar-sheds-light-on-the-origins-of-earths-water/