Светящаяся протозвезда проливает свет на происхождение воды на Земле

Изучение молодой звезды и ее протопланетного диска дало важные сведения о происхождении воды на Земле. Исследователи определили изотопный состав воды в диске и обнаружили, что он подобен составу комет в Солнечной системе. Это говорит о том, что большая часть воды на Земле имеет межзвездное происхождение, предшествующее Солнцу.

Ученые-планетологи давно спорят о происхождении воды на Земле. Это связано с тем, что общепризнано, что область протопланетного диска Солнца, в которой сформировалась Земля, была слишком теплой для конденсации жидкой воды вместе с другими материалами, из которых состоит Земля. Основное объяснение состоит в том, что Земля прибыла позже на кометах и ​​других объектах из внешней Солнечной системы — после того, как сначала сформировалась в межзвездном пространстве.

Теперь, исследование, описанное в статье в природа представляет новые данные о происхождении воды на Земле, основанные на наблюдениях за молодой звездой и ее протопланетным диском. Это диск из плотного газа и пыли, который формируется вокруг новой звезды и при определенных условиях превратится в систему планет. Исследование подтверждает идею о том, что по крайней мере часть воды на Землю поступила из внешних регионов Солнечной системы.

Заполнение пробела

С помощью радиотелескопа Atacama Large Millimeter/submmillimeter Array (ALMA) авторы обнаружили газообразную воду в планетообразующем (протопланетном) диске, окружающем далекую протозвезду V883 Orionis. Наблюдения заполняют важный пробел в нашем понимании распределения воды во время формирования планетных систем и могут означать, что вода на Земле появилась раньше, чем образовалось Солнце.

Джон Тобин, астроном Национальной радиоастрономической обсерватории и ведущий автор статьи, сказал Физический мир что сутью этого исследования было наблюдаемое соотношение полутяжелой воды и легкой воды в V883 Orionis. Молекула легкой воды содержит два ядра водорода-1, тогда как полутяжелая вода содержит одно ядро ​​водорода-1 и одно ядро ​​водорода-2 (дейтерия).

«Часть воды в вашем душе состоит из дейтерия, примерно 1 из каждых 3000 молекул», — говорит Тобин. «Это большое количество, потому что, если бы вода не образовалась в межзвездной среде до образования Солнца, то можно было бы ожидать, что только 1 из каждых 50,000 XNUMX молекул воды будет состоять из дейтерия. Это говорит нам о том, что значительная часть земной воды образовалась в межзвездном пространстве».

Важное соотношение

Это изотопное соотношение между полутяжелой водой и легкой водой является ключом к пониманию того, как сюда попала земная вода. Ученые измеряли это отношение на Земле, у комет, у протозвезд и даже в межзвездном пространстве. Однако это наблюдение V883 Orionis является первым случаем, когда отношение было измерено в протопланетном диске.

Тобин говорит, что есть два пути поступления воды на планету, подобную Земле. Это химическая наследственность и химическая перезагрузка. В модели химического наследования вода образуется в межзвездном пространстве, прежде чем попасть в протопланетный диск с неизменным соотношением изотопов. Согласно модели химической перезагрузки, тепло, выделяемое протопланетным диском, расщепляет молекулы воды. Когда диск остывает, молекулы воды преобразуются с определенным изотопным соотношением, которое ниже ожидаемого для воды, унаследованной из межзвездного пространства.

Оказывается, соотношение воды на Земле находится где-то между тем, что предсказывается этими двумя моделями. В результате Тобин и его коллеги стремились изучить соотношение изотопов воды в протопланетном диске, что пролило бы свет на связь, по которой вода доставляется из межзвездного пространства на Землю.

Жидкий, не замороженный

Используя радиотелескоп ALMA на севере Чили, Тобин и его коллеги наблюдали протопланетный диск вокруг V883 Orionis. Это протозвезда — очень молодая звезда, которая все еще накапливает материалы из своего окружения — примерно в 1300 световых годах от Земли. Эта звезда примерно в 200 раз ярче Солнца. Этот дополнительный выход энергии означает, что вода в протопланетном диске находится в жидкой форме. Это важно, потому что гораздо проще измерить изотопное соотношение жидкой воды, чем замерзшей воды в ранее наблюдаемых протопланетных дисках.

Астероиды, а не кометы, дали Земле большую часть воды

В 2021 году ALMA наблюдал за V883 Orionis в течение шести часов, что позволило исследователям определить изотопное соотношение его протопланетного диска. Они обнаружили, что это соотношение очень похоже на соотношение комет и более молодых протозвездных систем.

Тобин объясняет, что это заполняет важный пробел в наших знаниях об образовании воды.

«Отношение полутяжелой воды к обычной воде [D/H] в таких системах, как кометы, протозвезды и Земля, указывает на то, что вода имеет значительное улучшение отношения D/H по сравнению с космическим отношением D/H», — говорит Тобин. «Вода может образовываться только при высоком отношении D/H на поверхности пылинок в холодной межзвездной среде. Следовательно, тот факт, что отношение D/H воды увеличивается и остается относительно постоянным на протяжении всего периода формирования звезд и планет (и Земли), означает, что значительная часть нашей воды должна была образоваться в холодной межзвездной среде и быть доставленной на Землю в относительно неизменном виде».

Исследование описано в природа.

• SEO-контент и PR-распределение. Получите усиление сегодня.
• Платоблокчейн. Интеллект метавселенной Web3. Расширение знаний. Доступ здесь.
• Чеканка будущего с Эдриенн Эшли. Доступ здесь.
• Источник: https://physicsworld.com/a/luminous-protostar-sheds-light-on-the-origins-of-earths-water/