eso2302pl — Komunikat naukowy

Astronomowie znaleźli brakujące ogniwo dla wody w Układzie Słonecznym

8 marca 2023

Korzystając z Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), astronomowie wykryli gazową wodę w dysku, w którym powstają planety wokół gwiazdy V883 Orionis. Niesie ona chemiczną sygnaturę, które wyjaśnia podróż wody z gazowych obłoków gwiazdotwórczych do planet i wspiera koncepcję, że woda na Ziemi jest starsza nawet od naszego Słońca.

„Teraz możemy śledzić pochodzenie wody w Układzie Słonecznym do momentu przed powstaniem Słońca” mówi John J. Tobin, astronom z National Radio Astronomy Observatory (USA), pierwszy autor nowych badań opublikowanych dzisiaj w „Nature”

Odkrycia dokonano badając skład wody w V883 Orionis, dysku formującym planety, około 1300 lat świetlnych od Ziemi. Gdy obłok gazu i pyłu zapada się, tworzy gwiazdę w swoim centrum. Materia z obłoku tworzy również dysk wokół gwiazdy. W ciągu kilku milionów lat materia w dysku łączy się w komety, planetoidy i ostatecznie w planety. Tobin i jego zespół użył ALMA, w którym Europejskie Obserwatorium Południowe (ESO) jest partnerem, do zmierzenia chemicznych sygnatur wody i jej ścieżki od obłoku gwiazdotwórczego do planet.

Woda zwykle zawiera jeden atom tlenu i dwa atomy wodoru. Zespół Tobina analizował nieco cięższą odmianę wody, w której jeden z atomów wodoru jest zastąpiony deuterem – ciężkim izotopem wodoru. Ponieważ zwykła i ciężka woda tworzą się w różnych warunkach, ich stosunek może służyć do prześledzenia kiedy i gdzie powstała dana woda. Na przykład stosunek tych dwóch odmian wody w niektórych kometach Układu Słonecznego jest podobny do wody na Ziemi, sugerując, że mogły one dostarczyć wodę na Ziemię.

Podróż wody od obłoków do młodych gwiazd, a następnie z komet na planety, była już wcześniej obserwowana, ale do tej pory brakowało powiązania na tej ścieżce pomiędzy młodymi gwiazdami, a kometami. „V883 Orionis to brakujące ogniwo” mówi Tobin. „Skład wody w dysku jest bardzo podobny do jej składu w kometach w naszym własnym Układzie Słonecznym. To potwierdzenie koncepcji, że woda w systemach planetarnych powstała miliardy lat temu, zanim powstało Słońce, w przestrzeni międzygwiazdowej i została oddziedziczona zarówno przez komety, jak i Ziemię, względnie niezmieniona.”

Jednak obserwacje okazały się trudne. „Większość wody w dyskach tworzących planety jest zamarznięta do postaci lodu, więc zwykle jest ukryta przez naszym wzrokiem: wskazuje współautorka Margot Leemker, doktorantka w Leiden Observatory w Holandii. Wodę w formie gazowej można wykrywać dzięki promieniowaniu emitowanemu przez cząsteczki, gdy obracają się i wibrują, ale gdy woda jest zamarznięta, jest to bardziej skomplikowane, gdy ruchy cząsteczek są bardziej ograniczone. Wodę w formie gazowej znajdujemy w kierunku centrów dysków, blisko gwiazdy, gdzie jest cieplej. Ale te wewnętrzne rejony są ukryte przez dysk pyłowy i są zbyt małe, aby uzyskać ich obrazy teleskopami.

Na szczęście w niedawnych badaniach pokazano, że dysk V883 Orionis jest nietypowo gorący. Dramatyczny wybuch energii od gwiazdy rozgrzewa dysk „do temperatury, w której woda nie jest już w formie lodu, ale gazu, pozwalając na jej wykrycie” tłumaczy Tobin. 

Zespół badawczy wykorzystał ALMA, sieć radioteleskopów w północnym Chile, do obserwacj gazowej wody w V883 Orionis. Dzięki czułości instrumentu i jego zdolności do rozróżniania małych szczegółów, naukowcy byli w stanie zarówno wykryć wodę i ustalić jej skład, jak i wykonać mapę jej rozmieszczenia w dysku. Na podstawie obserwacji ustalono, że dysk zawiera co najmniej 1200 razy więcej wody niż wszystkie ziemskie oceany.

W przyszłości badacze mają na dzieję na użycie nadchodzącego Ekstremalnie Wielkiego Teleskopu (ELT) i jego instrumentu pierwszej generacji METIS. Ten instrument średniej podczerwieni będzie w stanie rozdzielić gazową fazę wody w tego typu dyskach, wzmacniając połączenia pomiędzy poszczególnymi etapami ścieżki wody od obłoków gwiazdoztwórczych do systemów słonecznych. „Da nam to znacznie bardziej kompleksowy obraz lodu i gazu w dyskach, w których powstają planety” podsumowuje Leemker.

Uwagi

Wyniki badań opisano w artykule pt. „Deuterium-enriched water ties planet-forming disks to comets and protostars”, który ukaże się w Nature (doi: 10.1038/s41586-022-05676-z). 

Skład zespołu badawczego: John J. Tobin (National Radio Astronomy Observatory, USA), Merel L. R. van’t Hoff (Department of Astronomy, University of Michigan, USA), Margot Leemker (Leiden Observatory, Leiden University, Holandia [Leiden]) , Ewine F. van Dishoeck (Leiden), Teresa Paneque-Carreño (Leiden; European Southern Observatory, Niemcy), Kenji Furuya (National Astronomical Observatory of Japan, Japonia), Daniel Harsono (Institute of Astronomy, National Tsing Hua University, Tajwan), Magnus V. Persson (Department of Space, Earth and Environment, Chalmers University of Technology, Onsala Space Observatory, Szwecja), L. Ilsedore Cleeves (Department of Astronomy, University of Virginia, USA), Patrick D. Sheehan (Center for Interdisciplinary Exploration and Research in Astronomy, Northwestern University, USA) oraz Lucas Cieza (Núcleo de Astronomía, Facultad de Ingeniería, Millennium Nucleus on Young Exoplanets and their Moons, Universidad Diego Portales, Chile).

Europejskie Obserwatorium Południowe (ESO) umożliwia naukowcom z całego świata na odkrywanie tajemnic Wszechświata z korzyścią dla nas wszystkich. Projektujemy, budujemy i zarządzamy światowej klasy obserwatoriami naziemnymi – których astronomowie używają do odpowiadania na ciekawe pytania i szerzenia fascynacji astronomią – a także promujemy międzynarodową współpracę w astronomii. Ustanowione w 1962 roku jako organizacja międzynarodowa, ESO jest wspierane przez 16 krajów członkowskich (Austria, Belgia, Czechy, Dania, Finlandia, Francja, Hiszpania, Irlandia, Holandia, Niemcy, Polska, Portugalia, Szwajcaria, Szwecja, Wielka Brytania oraz Włochy), a także Chile jako kraj gospodarz, oraz Australię jako strategicznego partnera. Siedziba ESO, a także jego centrum popularyzacji nauki i planetarium (ESO Supernova) znajdują się w pobliżu Monachium w Niemczech, natomiast chilijska pustynia Atakama – niesamowite miejsce z wyjątkowymi warunkami do obserwacji nieba – jest domem dla naszych teleskopów. ESO zarządza trzema lokalizacjami obserwacyjnymi w Chile: La Silla, Paranal i Chajnantor. W Paranal ESO posiada teleskop VLT (Very Large Telescope – Bardzo Duży Teleskop) oraz dwa teleskopy do przeglądów nieba. VISTA pracuje w podczerwieni, VLT Survey Telescope w zakresie widzialnym. W Paranal ESO zarządza także południowym obserwatorium CTA (Cherenkov Telescope Array South) – największym na świecie i najbardziej czułym obserwatorium promieniowania gamma. Wspólnie z międzynarodowymi partnerami ESO zarządza także radioteleskopami APEX i ALMA, które są instrumentami do obserwacji nieba w zakresach milimetrowym i submilimetrowym. Na Cerro Armazones, niedaleko Paranal, budujemy „największe oko świata na niebo”, czyli Ekstremalnie Wielki Teleskop (Extremely Large Telescope, ELT). Nasza działalność w Chile jest zarządzania z biur ESO w Santiago, gdzie współpracujemy też z chilijskimi partnerami.

Więcej informacji

• Publikacja naukowa
• Zdjęcia ALMA
• Dla dziennikarzy: zasubskrybuj, aby otrzymywać w swoim języku komunikaty prasowe z embargo medialnym
• Dla naukowców: jeśli masz cieawy temat, zgłoś swoje badania

Kontakt

Krzysztof Czart
Urania - Postępy Astronomii
Toruń, Polska
Tel.: +48 513 733 282
E-mail: eson-poland@eso.org

John J. Tobin
National Radio Astronomy Observatory
Charlottesville, USA
E-mail: jtobin@nrao.edu

Margot Leemker
Leiden Observatory
Leiden, the Netherlands
E-mail: leemker@strw.leidenuniv.nl

Juan Carlos Muñoz Mateos
ESO Media Officer
Garching bei München, Germany
Tel.: +49 89 3200 6176
E-mail: press@eso.org

Śledź ESO w mediach społecznościowych

Jest to tłumaczenie Komunikatu prasowego ESO eso2302