Звезда «Златовласка» раскрывает ранее скрытый шаг в том, как вода попадает на Землю

Без воды жизнь на Земле не могла бы существовать в том виде, в каком она существует сегодня. Понимание истории воды во Вселенной имеет решающее значение для понимания того, как появились такие планеты, как Земля.

Астрономы обычно называют путешествие воды от ее формирования в виде отдельных молекул в космосе до места ее отдыха на поверхности планет «водным следом». След начинается в межзвездной среде с газообразным водородом и кислородом и заканчивается океанами и ледяными шапками на планетах, ледяными лунами, вращающимися вокруг газовых гигантов, и ледяными кометами и астероидами, вращающимися вокруг звезд. Начало и конец этой тропы легко увидеть, но середина так и осталась загадкой.

я астроном который изучает образование звезд и планет с помощью наблюдений с радио- и инфракрасных телескопов. В новой статье мы с коллегами описываем первые измерения, когда-либо сделанные об этой ранее скрытой средней части водного следа и о том, что эти находки означают для воды, обнаруженной на таких планетах, как Земля.

Как формируются планеты

Формирование звезд и планет взаимосвязано. Так называемая «пустота пространства» — или межзвездная среда — на самом деле содержит большое количество газообразного водорода, меньшее количество других газов и пылинки. Из-за гравитации некоторые карманы межзвездной среды станут плотнее, так как частицы притягиваются друг к другу и образуют облака. По мере увеличения плотности этих облаков атомы начинают сталкиваться чаще и образуют более крупные молекулы, включая воду, которая образует на пылинки и покрывает пыль льдом.

Звезды начинают формироваться, когда части схлопывающегося облака достигают определенной плотности и нагреваются достаточно, чтобы начать сплавлять атомы водорода. Поскольку лишь малая часть газа первоначально коллапсирует в новорожденную протозвезду, остальная часть газа и пыли образует плоский диск из материала кружится вокруг вращающейся новорожденной звезды. Астрономы называют это протопланетным диском.

Когда частицы ледяной пыли сталкиваются друг с другом внутри протопланетного диска, они начинают слипаться. Этот процесс продолжается и в конце концов формирует знакомые космические объекты, такие как астероиды, кометы, скалистые планеты, такие как Земля, и газовые гиганты, такие как Юпитер или Сатурн.

Две теории источника воды

Есть два возможных пути, по которым могла пойти вода в нашей Солнечной системе. Первый, названный химическое наследование, когда первоначально образовавшиеся в межзвездной среде молекулы воды доставляются к протопланетным дискам и ко всем создаваемым ими телам, не претерпевая при этом никаких изменений.

Вторая теория называется химический сброс. В этом процессе тепло от образования протопланетного диска и новорожденной звезды расщепляет молекулы воды, которые затем восстанавливаются после остывания протопланетного диска.

Чтобы проверить эти теории, такие астрономы, как я, смотрят на соотношение между обычной водой и особым типом воды, называемым полутяжелой водой. Вода обычно состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода. Полутяжелая вода состоит из одного атома кислорода, одного атома водорода и одного атома дейтерия — более тяжелого изотопа водорода с дополнительным нейтроном в ядре.

Отношение полутяжелой воды к обычной воде является путеводной звездой на водном пути — измерение этого отношения может многое рассказать астрономам об источнике воды. Химические модели и Эксперименты показали, что в холодной межзвездной среде будет производиться примерно в 1,000 раз больше полутяжелой воды. чем в условиях протопланетного диска.

Это различие означает, что, измеряя соотношение полутяжелой и нормальной воды в каком-либо месте, астрономы могут сказать, прошла ли эта вода путем химического наследования или химического сброса.

Измерение воды во время формирования планеты

Кометы имеют соотношение полутяжелой и нормальной воды почти идеально в соответствии с химическое наследование, что означает, что вода не претерпела серьезных химических изменений с тех пор, как впервые была создана в космосе. Коэффициент Земли находится где-то посередине между коэффициентом наследования и коэффициентом сброса, что делает неясным, откуда взялась вода.

Чтобы точно определить, откуда берется вода на планетах, астрономам нужно было найти протопланетный диск Златовласки — такой, температура и размер которого подходят именно для наблюдения за водой. Это имеет оказалось невероятно трудным. Можно обнаружить полутяжелую и нормальную воду, когда вода представляет собой газ; К несчастью для астрономов, подавляющее большинство протоплантарных дисков очень холодные и содержат в основном лед, и это почти невозможно измерить водные отношения изо льда на межзвездных расстояниях.

Прорыв произошел в 2016 году, когда мы с коллегами изучали протопланетные диски вокруг молодой звезды редкого типа, называемой звездами FU Orionis. Большинство молодых звезд потребляют вещество из протопланетных дисков вокруг них. Звезды FU Orionis уникальны тем, что они потребляют вещество примерно в 100 раз быстрее, чем типичные молодые звезды, и, как следствие, излучают в сотни раз больше энергии. Из-за этого более высокого выхода энергии протопланетные диски вокруг звезд FU Orionis нагреваются до гораздо более высоких температур, превращая лед в водяной пар на больших расстояниях от звезды.

Посмотрите на график Atacama Большой миллиметровый / субмиллиметровый массив, мощный радиотелескоп на севере Чили, мы обнаружили большой теплый протопланетный диск вокруг похожей на Солнце молодой звезды V883 Ori, примерно в 1,300 световых годах от Земли в созвездии Ориона.

V883 Ori излучает в 200 раз больше энергии, чем солнце, и мы с коллегами признали, что это идеальный кандидат для наблюдения за соотношением полутяжелой и нормальной воды.

Завершение водной тропы

В 2021 году большой миллиметровый / субмиллиметровый массив Atacama провел измерения V883 Ori в течение шести часов. Данные выявили сильная подпись полутяжелой и нормальной воды исходящий от протопланетного диска V883 Ори. Мы измерили соотношение полутяжелой и обычной воды и обнаружили, что это соотношение очень аналогично отношениям, найденным в кометах а также найденные соотношения в более молодых протозвездных системах.

Эти результаты заполняют пробел в водном следе, создавая прямую связь между водой в межзвездной среде, протозвездами, протопланетными дисками и планетами, такими как Земля, посредством процесса наследования, а не химической перезагрузки.

Новые результаты определенно показывают, что значительная часть воды на Земле, скорее всего, образовалась миллиарды лет назад, еще до того, как загорелось солнце. Подтверждение того, что этот недостающий участок пути воды через Вселенную дает ключ к разгадке происхождения воды на Земле. Ранее ученые предполагали, что большая часть воды на Земле произошло от комет, столкнувшихся с планетой. Тот факт, что на Земле меньше полутяжелой воды, чем у комет и V883 Ori, но больше, чем может дать теория химической перезагрузки, означает, что вода на Земле, вероятно, поступала из более чем одного источника.

Эта статья переиздана из Беседа под лицензией Creative Commons. Прочтите оригинал статьи.

Изображение Фото: А. Ангелич (NRAO/AUI/NSF)/ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), CC BY

• SEO-контент и PR-распределение. Получите усиление сегодня.
• Платоблокчейн. Интеллект метавселенной Web3. Расширение знаний. Доступ здесь.
• Источник: https://singularityhub.com/2023/03/17/a-goldilocks-star-reveals-a-previously-hidden-step-in-how-water-gets-to-earth/