Świecąca protogwiazda rzuca światło na pochodzenie wody na Ziemi

Badanie młodej gwiazdy i jej dysku protoplanetarnego dostarczyło ważnych informacji na temat pochodzenia wody na Ziemi. Naukowcy ustalili skład izotopowy wody w dysku i stwierdzili, że jest on podobny do składu komet w Układzie Słonecznym. Sugeruje to, że znaczna część wody na Ziemi ma międzygwiezdne pochodzenie, które poprzedza Słońce.

Planetolodzy od dawna debatują nad pochodzeniem wody na Ziemi. Dzieje się tak, ponieważ ogólnie przyjmuje się, że obszar dysku protoplanetarnego Słońca, w którym uformowała się Ziemia, był zbyt ciepły, aby woda w stanie ciekłym mogła się skroplić wraz z innymi materiałami, z których składa się Ziemia. Wiodącym wyjaśnieniem jest to, że Ziemia przybyła później na kometach i innych obiektach z zewnętrznego Układu Słonecznego – po pierwszym uformowaniu się w przestrzeni międzygwiezdnej.

Teraz badanie opisane w artykule w Natura przedstawia nowe dowody na pochodzenie wody na Ziemi w oparciu o obserwacje młodej gwiazdy i jej dysku protoplanetarnego. Jest to dysk gęstego gazu i pyłu, który tworzy się wokół nowej gwiazdy iw odpowiednich warunkach przekształci się w układ planet. Badanie potwierdza pogląd, że przynajmniej część wody na Ziemi przybyła z zewnętrznych regionów Układu Słonecznego.

Wypełnianie luki

Korzystając z radioteleskopu Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), autorzy odkryli gazową wodę w dysku protoplanetarnym, w którym formują się planety, otaczającym odległą protogwiazdę V883 Orionis. Obserwacje wypełniają ważną lukę w naszym rozumieniu dystrybucji wody podczas formowania się układów planetarnych i mogą oznaczać, że woda na Ziemi powstała przed powstaniem Słońca.

Johna Tobina, powiedział astronom z National Radio Astronomy Observatory i główny autor artykułu Świat fizyki że sednem tych badań był obserwowany stosunek wody półciężkiej do wody lekkiej w V883 Orionis. Lekka cząsteczka wody zawiera dwa jądra wodoru-1, podczas gdy woda półciężka zawiera jedno jądro wodoru-1 i jedno jądro wodoru-2 (deuteru).

„Część wody pod prysznicem składa się z deuteru, mniej więcej 1 na 3000 cząsteczek” — mówi Tobin. „To duża ilość, ponieważ gdyby woda nie powstała w ośrodku międzygwiazdowym przed powstaniem Słońca, to spodziewalibyśmy się, że tylko 1 na 50,000 XNUMX cząsteczek wody powstanie z deuterem. To mówi nam, że znaczna część wody na Ziemi powstała w przestrzeni międzygwiezdnej”.

Ważny współczynnik

Ten stosunek izotopowy między wodą półciężką a wodą lekką jest kluczem do zrozumienia, w jaki sposób woda z Ziemi się tu dostała. Naukowcy zmierzyli ten stosunek na Ziemi, w kometach, protogwiazdach, a nawet w przestrzeni międzygwiezdnej. Ta obserwacja V883 Orionis jest jednak pierwszym pomiarem tego stosunku w dysku protoplanetarnym.

Tobin mówi, że woda może dotrzeć na planetę taką jak Ziemia na dwa sposoby. Są to dziedziczenie chemiczne i reset chemiczny. W modelu dziedziczenia chemicznego woda powstaje w przestrzeni międzygwiezdnej, zanim zostanie dostarczona do dysku protoplanetarnego z niezmienionym stosunkiem izotopów. W modelu resetu chemicznego ciepło wytwarzane w dysku protoplanetarnym rozbija cząsteczki wody. Gdy dysk się ochładza, cząsteczki wody odnawiają się z wyraźnym stosunkiem izotopowym – który jest niższy niż stosunek oczekiwany dla wody odziedziczonej z przestrzeni międzygwiezdnej.

Okazuje się, że stosunek wody na Ziemi jest gdzieś pomiędzy przewidywanymi przez te dwa modele. W rezultacie Tobin i współpracownicy chcieli zbadać stosunek izotopów wody w dysku protoplanetarnym, co rzuciłoby światło na ogniwo, które przenosiło wodę z przestrzeni międzygwiezdnej na Ziemię.

Płynny, niezamrożony

Korzystając z radioteleskopu ALMA w północnym Chile, Tobin i jego współpracownicy obserwowali dysk protoplanetarny wokół V883 Orionis. To protogwiazda – bardzo młoda gwiazda, która wciąż gromadzi materię ze swojego otoczenia – czyli około 1300 lat świetlnych od Ziemi. Ta gwiazda jest około 200 razy jaśniejsza od Słońca. Ta dodatkowa produkcja energii oznacza, że ​​woda w dysku protoplanetarnym ma postać płynną. Jest to ważne, ponieważ o wiele łatwiej jest zmierzyć stosunek izotopowy wody w stanie ciekłym niż wody zamarzniętej we wcześniej obserwowanych dyskach protoplanetarnych.

Asteroidy, a nie komety, dały Ziemi większość wody

W 2021 roku ALMA obserwowała V883 Orionis przez sześć godzin, co pozwoliło naukowcom określić stosunek izotopowy jego dysku protoplanetarnego. Odkryli, że stosunek ten jest bardzo podobny do komet i młodszych systemów protogwiazd.

Tobin wyjaśnia, że ​​wypełnia to ważną lukę w naszej wiedzy o powstawaniu wody.

„Stosunek wody półciężkiej do normalnej [D/H] w układach takich jak komety, protogwiazdy i Ziemia wskazuje, że woda znacznie poprawiła swój stosunek D/H w stosunku do kosmicznego stosunku D/H” – mówi Tobin. „Woda może tworzyć się tylko przy wysokim stosunku D/H na powierzchniach ziaren pyłu w zimnym ośrodku międzygwiazdowym. Dlatego fakt, że stosunek wody D/H jest wzmocniony i względnie stały podczas formowania się gwiazd i planet (i na Ziemi) oznacza, że ​​znaczna część naszej wody musiała powstać w zimnym ośrodku międzygwiazdowym i została przetransportowana na Ziemię w stosunkowo niezmienionej postaci”.

Badania opisano w Natura.

• Dystrybucja treści i PR oparta na SEO. Uzyskaj wzmocnienie już dziś.
• Platoblockchain. Web3 Inteligencja Metaverse. Wzmocniona wiedza. Dostęp tutaj.
• Wybijanie przyszłości w Adryenn Ashley. Dostęp tutaj.
• Źródło: https://physicsworld.com/a/luminous-protostar-sheds-light-on-the-origins-of-earths-water/