Удивително откритие разкрива произхода на водата в нашата слънчева система милиарди години преди слънцето

ALMA проследява историята на водата при формирането на планетата до междузвездната среда

Наблюденията на водата в диска, образуващ се около протозвезда V883 Ori, разкриха улики за образуването на комети и малки планети в нашата слънчева система.

Учени, изучаващи близка протозвезда, са открили вода в периферния й диск. Новите наблюдения, направени с Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), представляват първото откриване на вода, която се наследява в протопланетен диск без значителни промени в неговия състав. Тези открития също показват, че водата в нашата слънчева система се е образувала милиарди години преди слънцето. Новите наблюдения бяха публикувани на 8 март в списанието природа.

Тази импресия на художника показва планетообразуващия диск около звездата V883 Орионис. Водата от външната страна на диска е замръзнала като лед и следователно не се открива лесно. Взрив от енергия от звездата загрява вътрешния диск до температура, при която водата е газообразна, което позволява на астрономите да я открият.
Вмъкнатото изображение показва двата вида водни молекули, изследвани в този диск: обикновена вода, с един кислороден атом и два водородни атома, и по-тежка версия, където водородният атом е заменен с деутерий, тежък изотоп на водорода.
Кредит: ESO/L. Calzada

V883 Orionis е протозвезда, разположена на около 1305 светлинни години от Земята в съзвездието Орион. Новите наблюдения на тази протозвезда помогнаха на учените да открият възможна връзка между водата в междузвездната среда и водата в нашата слънчева система, като потвърдиха, че те имат подобен състав.

V883 Ori е уникална протозвезда, чиято температура е достатъчно висока, че водата в заобикалящия я диск се е превърнала в газ, което дава възможност на радиоастрономите да проследят произхода на водата. Нови наблюдения, използващи голямата милиметрова/субмилиметрова решетка Atacama (ALMA), предоставиха първото потвърждение, че водата в нашата слънчева система може да идва от същото място като водата в дисковете около протозвездите другаде във Вселената: междузвездната среда. С уважение към: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Б. Сакстън (NRAO/AUI/NSF)

„Можем да мислим за пътя на водата през Вселената като за път. Знаем как изглеждат крайните точки, които са водата на планетите и кометите, но искахме да проследим този път обратно до произхода на Водата“, водещ автор на новия хартия.” Преди можехме да свържем Земята с комети и протозвездите с междузвездната среда, но не можехме да свържем протозвездите с комети. V883 Ori промени това, доказвайки, че водните молекули в тази система и в нашата слънчева система имат подобно съотношение на деутерий и водород. „

Използвайте[{“ attribute=““>ALMA, astronomers have detected the chemical signature of gaseous water in the planet-forming disc V883 Orionis. This acts as a timestamp for the water’s formation, allowing us to trace its journey. Credit: ESO

Observing water in the circumstellar disks around protostars is difficult because in most systems water is present in the form of ice. When scientists observe protostars they’re looking for the water snow line or ice line, which is the place where water transitions from predominantly ice to gas, which radio astronomy can observe in detail. “If the snow line is located too close to the star, there isn’t enough gaseous water to be easily detectable and the dusty disk may block out a lot of the water emission. But if the snow line is located further from the star, there is sufficient gaseous water to be detectable, and that’s the case with V883 Ori,” said Tobin, who added that the unique state of the protostar is what made this project possible.

V883 Ori’s disk is quite massive and is just hot enough that the water in it has turned from ice to gas. That makes this protostar an ideal target for studying the growth and evolution of solar systems at radio wavelengths.

През повечето време водата в дисковете около протозвездите е под формата на лед, понякога се простира на големи разстояния от звездата. В случая на V883 Ori снежната линия се простира на 80 единици от звездата; Това е 80 пъти разстоянието между Земята и Слънцето, както е показано в тази анимация. Но температурата във V883 Ori е достатъчно висока, че голяма част от леда в диска му се е превърнал в газ, което дава възможност на радиоастрономите да изучават тази вода в детайли. Нови наблюдения, използващи Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), разкриват, че водата в диска на V883 Ori има същия основен състав като водата върху обекти в нашата слънчева система. Това показва, че водата в нашата слънчева система се е образувала милиарди години преди слънцето в междузвездната среда. С уважение към: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Дж. Тобин, П. Сакстън (NRAO/AUI/NSF)

„Това наблюдение подчертава забележителните възможности на инструмента ALMA да помага на астрономите да изучават нещо толкова важно за живота на Земята: водата“, каза Джо Пеши, програмен служител на Националната научна фондация в ALMA. „Разбирането на фундаменталните процеси, които са важни за нас на Земята и които се виждат далеч отвъд галактиката, също информира нашите знания за това как работи природата като цяло и за процесите, които трябва да се случат, за да може нашата слънчева система да се развие в това, което познаваме днес.“

За да свърже водата в протопланетарния диск на V883 Ori с тази в нашата слънчева система, екипът измери нейния състав с помощта на високочувствителните Band 5 (1,6 mm) и Band 6 (1,3 mm) приемници на ALMA и установи, че тя остава относително непроменена между всеки етап на формирането на слънчевата система: протозвезда, протопланетен диск и комети. Това означава, че водата в нашата слънчева система се е образувала много преди формирането на слънцето, планетите и кометите. Вече знаехме, че в междузвездната среда има много воден лед. Нашите резултати показват, че тази вода е включена директно в слънчевата система по време на нейното формиране, каза Мерил ван те Хоф, астроном от Мичиганския университет и един от авторите на статията. „Това е вълнуващо, защото показва, че други планетарни системи също трябва да са получили значителни количества вода.“

Докато търсят произхода на водата в нашата слънчева система, учените са се спрели на V883 Orionis, уникална протозвезда, разположена на 1305 светлинни години от Земята. За разлика от други протозвезди, околозвездният диск около V883 Ori е достатъчно горещ, че водата в него се е превърнала от лед в газ, което дава възможност на учените да изучават неговия състав с помощта на радиотелескопи като тези на Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA ). Радионаблюденията на протозвездата разкриха наличието на вода (оранжево), ивица прах (зелено) и молекулен газ (синьо), което показва, че водата на тази протозвезда е много подобна на водата върху обекти в нашата слънчева система и може да има същия произход. С уважение към: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Дж. Тобин, Б. Сакстън (NRAO/AUI/NSF)

Изясняването на ролята на водата в развитието на кометите и малките планети е от решаващо значение за изграждането на разбиране за това как се е развила нашата слънчева система. Въпреки че се смята, че Слънцето се е формирало в плътен клъстер от звезди и V883 Ori е относително изолиран без звезди наблизо, двете имат едно важно общо нещо: и двете са се образували в гигантски молекулярни облаци.

„Известно е, че по-голямата част от водата в междузвездната среда се образува като лед върху повърхностите на малки зърна прах в облаците. Когато тези облаци се срутват под собствената си гравитация и образуват млади звезди, водата се озовава в дисковете около тях. В крайна сметка дисковете се развиват и ледените прашинки се коагулират, за да образуват нова слънчева система с планети и комети“, каза Маргот Лемкер, астроном от Лайденския университет и съавтор на статията. „Показахме, че водата, която се произвежда в облаците, следва този път почти непроменен. Така че, като гледаме водата в диска на V883 Ori, ние поглеждаме назад във времето и виждаме как е изглеждала нашата слънчева система, когато е била много по-млада .”

V883 Orionis е протозвезда, разположена на около 1305 светлинни години от Земята в съзвездието Орион. Кредит: ESO/IAU и Sky & Telescope

Тобин добави: „Досега водната верига е в застой в развитието на нашата слънчева система. V883 Ori е липсващото звено в този случай и сега имаме непрекъсната верига във водната верига от кометите и протозвездите до междузвездната среда. ”

За повече информация относно това откритие вижте Водата на Земята е по-стара от нашето слънце.

Справка: „Обогатената с деутерий вода свързва планетообразуващите дискове с комети и протозвезди“ от Джон Дж. Тобин, Мерил Л. Р. Ван Хоув, Маргот Лемкер, Юен Ф. Ван Дишук, Тереза ​​Панеки-Карино, Кенджи Фуруя, Даниел Харсоно, Магнус Ф. , Pearson, Elzidor Cleaves, Patrick D. Sheehan и Lucas Siza, 8 март 2023 г., наличен тук. природа.
DOI: 10.1038/s41586-022-05676-z