Зірка «Златовласка» розкриває раніше прихований крок у тому, як вода потрапляє на Землю

Без води життя на Землі не могло б існувати, як воно існує сьогодні. Розуміння історії води у Всесвіті має вирішальне значення для розуміння того, як виникли такі планети, як Земля.

Астрономи зазвичай називають «водяним слідом» шлях, який проходить вода від свого утворення як окремих молекул у космосі до місця спокою на поверхні планет. Шлях починається в міжзоряному середовищі з воднем і киснем і закінчується океанами та крижаними шапками на планетах, крижаними місяцями, що обертаються навколо газових гігантів, і крижаними кометами й астероїдами, які обертаються навколо зірок. Початок і кінець цієї стежки легко побачити, але середина залишилася загадкою.

Я астроном який вивчає формування зірок і планет за допомогою спостережень із радіо- та інфрачервоних телескопів. У новій статті ми з колегами описуємо перші в історії вимірювання цієї раніше прихованої середньої частини водного сліду та що означають ці відкриття для води, знайденої на таких планетах, як Земля.

Як утворюються планети

Утворення зірок і планет переплітається. Так звана «порожнеча простору» — або міжзоряне середовище — насправді містить велика кількість газоподібного водню, менші кількості інших газів і крупинки пилу. Через силу тяжіння деякі кишені міжзоряного середовища стануть більш щільні, оскільки частинки притягуються одна до одної і утворюють хмари. У міру збільшення щільності цих хмар атоми починають частіше стикатися утворюють більші молекули, включаючи воду, яка утворюється на порошинки та покриває пил льодом.

Зірки починають утворюватися, коли частини колапсуючої хмари досягають певної щільності й нагріваються достатньо, щоб почати злиття атомів водню. Оскільки спочатку лише невелика частина газу колапсує в новонароджену протозірку, решта газу та пилу утворює сплюснутий диск матеріалу кружляє навколо новонародженої зірки, що обертається. Астрономи називають це протопланетним диском.

Коли крижані частинки пилу стикаються одна з одною всередині протопланетного диска, вони починають злипатися. Процес триває і врешті-решт формує звичні об’єкти космосу, такі як астероїди, комети, скелясті планети, такі як Земля, і газові гіганти, такі як Юпітер або Сатурн.

Дві теорії джерела води

Є два потенційних шляхи, якими могла пройти вода в нашій Сонячній системі. Перший, зв хімічна спадковість, коли молекули води, спочатку утворені в міжзоряному середовищі, доставляються до протопланетних дисків і всіх тіл, які вони створюють, не зазнаючи жодних змін.

Друга теорія наз хімічний скидання. У цьому процесі тепло від утворення протопланетного диска та новонародженої зірки розбиває молекули води, які потім перетворюються, коли протопланетний диск охолоджується.

Щоб перевірити ці теорії, такі астрономи, як я, розглядають співвідношення між звичайною водою та особливим типом води, який називається напівважкою водою. Вода зазвичай складається з двох атомів водню та одного атома кисню. Напівважка вода складається з одного атома кисню, одного атома водню та одного атома дейтерію — більш важкого ізотопу водню з додатковим нейтроном у його ядрі.

Співвідношення напівважкої та нормальної води є орієнтиром у водному сліді. Вимірювання цього співвідношення може багато розповісти астрономам про джерело води. Хімічні моделі та Експерименти показали, що в холодному міжзоряному середовищі утворюється приблизно в 1,000 разів більше напівважкої води. ніж в умовах протопланетного диска.

Ця різниця означає, що, вимірюючи співвідношення напівважкої та нормальної води в певному місці, астрономи можуть визначити, чи ця вода пройшла через хімічну спадковість або шлях хімічного відновлення.

Вимірювання води під час формування планети

Комети мають співвідношення напівважкої води до нормальної майже ідеально хімічна спадковість, тобто вода не зазнала значних хімічних змін з моменту її створення в космосі. Коефіцієнт Землі знаходиться десь посередині між коефіцієнтом успадкування та скидання, тому стає незрозумілим, звідки взялася вода.

Щоб справді визначити, звідки береться вода на планетах, астрономам потрібно було знайти протопланетний диск Золотовласки — такий, який має потрібну температуру та розмір, щоб можна було проводити спостереження за водою. Роблячи це має виявилося неймовірно складним. Можна виявити напівважку та нормальну воду, коли вода є газом; на жаль для астрономів, переважна більшість протоплантарних дисків дуже холодні і містять переважно лід, і це майже неможливо виміряти співвідношення води з льоду на міжзоряних відстанях.

Прорив стався в 2016 році, коли ми з колегами вивчали протопланетні диски навколо рідкісного типу молодих зірок, які називаються зірками FU Оріона. Більшість молодих зірок споживають речовину з протопланетних дисків навколо них. Зірки FU Оріона унікальні, оскільки вони споживають речовину приблизно в 100 разів швидше, ніж типові молоді зірки, і, як наслідок, випромінюють у сотні разів більше енергії. Завдяки цьому вищому виходу енергії протопланетні диски навколо зірок FU Оріона нагріваються до набагато вищих температур, перетворюючи лід на водяну пару на великих відстанях від зірки.

Використання Atacama Великий міліметровий/субміліметровий масив, потужний радіотелескоп на півночі Чилі, ми виявили великий теплий протопланетний диск навколо сонцеподібної молодої зірки V883 Орі, приблизно за 1,300 світлових років від Землі в сузір’ї Оріона.

V883 Ori випромінює в 200 разів більше енергії, ніж сонце, і мої колеги та я визнали, що це ідеальний кандидат для спостереження співвідношення напівважкої води до нормальної.

Завершення водної стежки

У 2021 році Atacama Large Millimeter/submillimeter Array проводив вимірювання V883 Ori протягом шести годин. Дані показали a сильний підпис напівважкої та нормальної води надходить із протопланетного диска V883 Ori. Ми виміряли співвідношення напівважкої води до нормальної і виявили, що це співвідношення дуже подібні до співвідношень у комет а також знайдені співвідношення в молодших протозіркових системах.

Ці результати заповнюють прогалину водного сліду, створюючи прямий зв’язок між водою в міжзоряному середовищі, протозірками, протопланетними дисками та планетами, такими як Земля, через процес успадкування, а не хімічного перезавантаження.

Нові результати остаточно показують, що значна частина води на Землі, швидше за все, утворилася мільярди років тому, ще до того, як сонце спалахнуло. Підтвердження цього відсутнього шматка шляху води у Всесвіті дає підказки про походження води на Землі. Раніше вчені припускали, що найбільше води на Землі походить від комет, які зіткнулися з планетою. Той факт, що на Землі менше напівважкої води, ніж на кометах і V883 Ori, але більше, ніж може дати теорія хімічного перезавантаження, означає, що вода на Землі, ймовірно, походить із кількох джерел.

Ця стаття перевидана з Бесіда за ліцензією Creative Commons. Читати оригінал статті.

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

• Розповсюдження контенту та PR на основі SEO. Отримайте посилення сьогодні.
• Платоблокчейн. Web3 Metaverse Intelligence. Розширені знання. Доступ тут.
• джерело: https://singularityhub.com/2023/03/17/a-goldilocks-star-reveals-a-previously-hidden-step-in-how-water-gets-to-earth/