O stea „Buci de aur” dezvăluie un pas ascuns anterior în modul în care apa ajunge pe Pământ

Fără apă, viața pe Pământ nu ar putea exista așa cum există astăzi. Înțelegerea istoriei apei în univers este esențială pentru înțelegerea modului în care au apărut planete precum Pământul.

Astronomii se referă în mod obișnuit la călătoria pe care apa o face de la formarea sa ca molecule individuale în spațiu până la locul său de odihnă pe suprafețele planetelor ca „urma apei”. Traseul începe în mediul interstelar cu hidrogen și oxigen gazos și se termină cu oceane și calote glaciare de pe planete, cu luni înghețate care orbitează giganți gazosi și comete și asteroizi înghețați care orbitează în jurul stelelor. Începuturile și sfârșitul acestui traseu sunt ușor de văzut, dar mijlocul a rămas un mister.

Sunt astronom care studiază formarea stelelor și planetelor folosind observații de la telescoape radio și infraroșu. Într-o nouă lucrare, eu și colegii mei descriem primele măsurători făcute vreodată a acestei părți de mijloc ascunse anterior a traseului de apă și ce înseamnă aceste descoperiri pentru apa găsită pe planete precum Pământul.

Cum se formează planetele

Formarea stelelor și a planetelor este împletită. Așa-numitul „gol de spațiu” – sau mediul interstelar – conține de fapt cantitati mari de hidrogen gazos, cantități mai mici de alte gaze și boabe de praf. Datorită gravitației, unele buzunare ale mediului interstelar vor deveni mai dens pe măsură ce particulele se atrag unele pe altele și formează nori. Pe măsură ce densitatea acestor nori crește, atomii încep să se ciocnească mai frecvent și formează molecule mai mari, inclusiv apa care se formează pe boabele de praf și acoperă praful în gheață.

Stelele încep să se formeze atunci când părți din norul care se prăbușește ating o anumită densitate și se încălzesc suficient pentru a începe să fuzioneze atomii de hidrogen. Deoarece doar o mică parte din gaz se prăbușește inițial în protostea nou-născută, restul de gaz și praf formează un disc turtit de material învârtindu-se în jurul stelei nou-născute care se învârte. Astronomii numesc acest lucru un disc proto-planetar.

Pe măsură ce particulele de praf înghețate se ciocnesc unele cu altele în interiorul unui disc proto-planetar, încep să se aglomereze. Procesul continuă și în cele din urmă formează obiectele familiare ale spațiului precum asteroizii, cometele, planetele stâncoase precum Pământul și giganții gazosi precum Jupiter sau Saturn.

Două teorii pentru sursa apei

Există două căi potențiale pe care apa din sistemul nostru solar le-ar fi putut lua. Primul, numit moștenirea chimică, este momentul în care moleculele de apă formate inițial în mediul interstelar sunt livrate discurilor protoplanetare și toate corpurile pe care le creează fără să treacă prin nicio modificare.

A doua teorie se numește resetare chimică. În acest proces, căldura de la formarea discului protoplanetar și a stelei nou-născute desface moleculele de apă, care apoi se reformează odată ce discul protoplanetar se răcește.

Pentru a testa aceste teorii, astronomii ca mine se uită la raportul dintre apa normală și un tip special de apă numită apă semigrea. Apa este formată în mod normal din doi atomi de hidrogen și un atom de oxigen. Apa semigrea este formată dintr-un atom de oxigen, un atom de hidrogen și un atom de deuteriu - un izotop mai greu de hidrogen cu un neutron suplimentar în nucleu.

Raportul dintre apa semigrea și cea normală este o lumină de ghidare pe traseul apei - măsurarea raportului poate spune astronomilor multe despre sursa apei. Modele chimice și experimente au arătat că în mediul interstelar rece va fi produsă de aproximativ 1,000 de ori mai multă apă semi-grea decât în ​​condiţiile unui disc protoplanetar.

Această diferență înseamnă că, măsurând raportul dintre apa semigrea și cea normală dintr-un loc, astronomii pot spune dacă acea apă a trecut prin moștenirea chimică sau calea de resetare chimică.

Măsurarea apei în timpul formării unei planete

Cometele au un raport dintre apă semigrea și apă normală aproape perfect în conformitate cu moștenirea chimică, ceea ce înseamnă că apa nu a suferit o schimbare chimică majoră de când a fost creată pentru prima dată în spațiu. Raportul Pământului se află undeva între raportul de moștenire și cel de resetare, ceea ce face neclar de unde provine apa.

Pentru a determina cu adevărat de unde provine apa de pe planete, astronomii au trebuit să găsească un disc protoplanetar cu bucăți de aur – unul care să aibă temperatura și dimensiunea potrivite pentru a permite observarea apei. A face asta are s-a dovedit a fi incredibil de dificil. Este posibilă detectarea apei semi-grele și normale atunci când apa este un gaz; din nefericire pentru astronomi, marea majoritate a discurilor proto-plantare sunt foarte reci si conțin mai ales gheață, și este aproape imposibil de măsurat raporturile de apă din gheață la distanțe interstelare.

O descoperire a avut loc în 2016, când colegii mei și cu mine studiam discuri protoplanetare în jurul unui tip rar de stele tinere numite stele FU Orionis. Majoritatea stelelor tinere consumă materie de pe discurile protoplanetare din jurul lor. Stelele FU Orionis sunt unice deoarece consumă materie de aproximativ 100 de ori mai repede decât stelele tinere tipice și, ca rezultat, emit de sute de ori mai multă energie. Datorită acestei producții mai mari de energie, discurile protoplanetare din jurul stelelor FU Orionis sunt încălzite la temperaturi mult mai ridicate, transformând gheața în vapori de apă la distanțe mari de stea.

Utilizarea Atacama Large Millimetru / submilimetru Array, un radiotelescop puternic din nordul Chile, am descoperit un disc protoplanetar mare și cald în jurul tinerei stele V883 Ori, asemănătoare soarelui, la aproximativ 1,300 de ani lumină de Pământ, în constelația Orion.

V883 Ori emite de 200 de ori mai multă energie decât soarele, iar eu și colegii mei am recunoscut că era candidatul ideal pentru a observa raportul dintre apă semigrea și normală.

Finalizarea traseului apei

În 2021, Atacama Large Millimeter/submilimeter Array a efectuat măsurători ale V883 Ori timp de șase ore. Datele au relevat a semnătură puternică a apei semi-grele și normale provenind de pe discul protoplanetar al lui V883 Ori. Am măsurat raportul dintre apa semigrea și cea normală și am constatat că raportul a fost foarte similare cu rapoartele găsite în comete precum si rapoartele constatate în sistemele protostele mai tinere.

Aceste rezultate umple golul de pe traseul apei, formând o legătură directă între apa din mediul interstelar, protostele, discuri protoplanetare și planete precum Pământul prin procesul de moștenire, nu de resetare chimică.

Noile rezultate arată definitiv că o parte substanțială a apei de pe Pământ s-a format cel mai probabil cu miliarde de ani în urmă, înainte ca soarele să se aprindă. Confirmarea căii lipsă a acestei bucăți de apă prin univers oferă indicii despre originile apei pe Pământ. Oamenii de știință au sugerat anterior că cea mai mare parte a apei de pe Pământ provenit de la comete care au impactat planeta. Faptul că Pământul are mai puțină apă semi-grea decât cometele și V883 Ori, dar mai mult decât ar produce teoria resetarii chimice, înseamnă că apa de pe Pământ probabil provine din mai multe surse.

Acest articol este republicat de la Conversaţie sub licență Creative Commons. Citeste Articol original.

Credit imagine: A. Angelich (NRAO/AUI/NSF)/ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), CC BY

• Distribuție de conținut bazat pe SEO și PR. Amplifică-te astăzi.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Cunoștințe amplificate. Accesați Aici.
• Sursa: https://singularityhub.com/2023/03/17/a-goldilocks-star-reveals-a-previously-hidden-step-in-how-water-gets-to-earth/