eso2302 — Tlačová správa (vedecká)

Astronómovia našli chýbajúci článok pre vodu v planetárnej sústave

08. marec 2023

Pomocou rádioteleskopu Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) astronómovia detegovali vodnú paru v protoplanetárnom disku okolo hviezdy V883 Orionis. Pozorovaná voda nesie chemický podpis, ktorý vysvetľuje cestu vody z oblakov plynu pre tvorbu hviezd až na planéty a podporuje myšlienku, že voda na Zemi je ešte staršia ako naše Slnko.

„Teraz môžeme vystopovať pôvod vody v našej Slnečnej sústave až do obdobia pred vznikom Slnka,“ hovorí astronóm John J. Tobin (National Radio Astronomy Observatory, USA), vedúci autor štúdie, ktorá bola publikovaná v časopise Nature.

Tento objav uskutočnili astronómovia pri štúdiu zloženia vody v protoplanetárnom disku okolo hviezdy V883 Orionis, ktorá sa nachádza vo vzdialenosti asi 1300 svetelných rokov od Slnka. Keď dôjde ku gravitačnému kolapsu oblaku plynu a prachu, vzniká v jeho centre hviezda. Hmota okolo nej sa sformuje do podoby disku a drobné častice v ňom sa niekoľko miliónov rokov zhlukujú do väčších objektov – komét, planétok a následne planét. John Tobin a jeho tím využil rádioteleskop ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), ktorého európskym partnerom je ESO, na pozorovanie známok prítomnosti vody a sledovanie jej cesty z oblaku medzihviezdnej hmoty až na povrch planét.

Molekula vody je obvykle zložená z jedného atómu kyslíka a dvoch atómov vodíka. Členovia tejto vedeckej skupiny však skúmali takzvanú ťažkú vodu – variant molekuly vody, kde je jeden z vodíkových atómov nahradený deutériom (ťažším izotopom vodíka, ktorý v jadre obsahuje aj jeden neutrón). Pretože bežná a ťažká voda vznikajú za odlišných podmienok, môže byť pomerné zastúpenie týchto molekúl využité na zistenie, kedy a kde molekuly vznikli. Napríklad sa ukázalo, že tento pomer je u niektorých komét v Slnečnej sústave podobný ako pri vode na Zemi, čo naznačuje, že kométy mohli byť významným zdrojom vody na našej planéte.

Cesta vody z medzihviezdnych oblakov hmoty cez jadrá komét až na povrch planét bola už v minulosti skúmaná, ale až doteraz vedcom chýbalo spojenie medzi mladými hviezdami a kométami. „Tento chýbajúci článok sme našli u V883 Orionis,“ hovorí John Tobin. „Zloženie vody v disku je veľmi podobné kométam v našej Slnečnej sústave. To potvrdzuje domnienku, že voda v planetárnych systémoch vznikla v medzihviezdnom priestore pred miliardami rokov, ešte skôr ako Slnko, a kométy aj Zem ju získali bez toho, aby sa pri tom výrazne zmenila.“

Ukázalo sa však, že pozorovať vodu je ťažké: „Väčšina vody v diskoch so vznikajúcimi planétami je zamrznutá do podoby ľadu, takže je obvykle nášmu pohľadu skrytá,“ vysvetľuje spoluautorka práce Margot Leemker (doktorandka PhD na Leiden Observatory, Holandsko). Vodu v plynnom stave je možné detegovať vďaka žiareniu, ktoré molekuly emitujú pri prechode medzi rôznymi vibračnými a rotačnými stavmi, čo je ale komplikovanejšie, pokiaľ je voda zamrznutá, pretože pohyb molekúl je viac obmedzený. Vodná para sa môže nachádzať len v centre disku, v blízkosti hviezdy, kde je teplejšie. Tieto blízke oblasti sú však zakryté samotným prachovým diskom a sú tiež príliš malé na to, aby sa dali zobraziť našimi súčasnými ďalekohľadmi.

Astronómovia však mali šťastie, nedávna štúdia totiž ukázala, že disk okolo V883 Orionis je nezvyčajne horúci. „Dramatické zjasnenie hviezdy disk zahrieva až na teploty, pri ktorých už voda nemôže byť vo forme ľadu, ale stane sa z nej plyn, čo nám umožní ju detegovať,“ dopĺňa John Tobin.

Členovia vedeckej skupiny využili pole rádioteleskopov ALMA pracujúcich v severnom Čile na pozorovanie vodnej pary v okolí hviezdy V883 Orionis. Citlivosť tohto zariadenia a schopnosť rozlíšiť drobné detaily umožnili astronómom nielen detegovať vodu a určiť jej zloženie, ale aj zmapovať jej rozloženie v rámci disku. Z pozorovania zistili, že tento disk obsahuje prinajmenšom 1200-krát viac vody ako je vo všetkých oceánoch na Zemi.

Vedci dúfajú, že v budúcnosti využijú na svoj výskum pripravovaný ďalekohľad ESO/ELT (Extremely Large Telescope). Prístroj prvej generácie METIS pre stredné infračervené pásmo bude schopný rozlíšiť vodu v plynnom skupenstve u tohto typu diskov. Rozšíria sa naše znalosti cesty vody od oblakov medzihviezdnej hmoty, v ktorých vznikajú hviezdy, až do planetárnych sústav. „To nám poskytne celkový pohľad na ľad a vodnú paru v diskoch, v ktorých sa formujú planéty,“ uzatvára Margot Leemker.

——————-
More information

This research was presented in a paper “Deuterium-enriched water ties planet-forming disks to comets and protostars” to appear in Nature (doi: 10.1038/s41586-022-05676-z).

The team is composed of 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, the Netherlands [Leiden]) , Ewine F. van Dishoeck (Leiden), Teresa Paneque-Carreño (Leiden; European Southern Observatory, Germany), Kenji Furuya (National Astronomical Observatory of Japan, Japan), Daniel Harsono (Institute of Astronomy, National Tsing Hua University, Taiwan), Magnus V. Persson (Department of Space, Earth and Environment, Chalmers University of Technology, Onsala Space Observatory, Sweden), L. Ilsedore Cleeves (Department of Astronomy, University of Virginia, USA), Patrick D. Sheehan (Center for Interdisciplinary Exploration and Research in Astronomy, Northwestern University, USA) and Lucas Cieza (Núcleo de Astronomía, Facultad de Ingeniería, Millennium Nucleus on Young Exoplanets and their Moons, Universidad Diego Portales, Chile).

The Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), an international astronomy facility, is a partnership of ESO, the U.S. National Science Foundation (NSF) and the National Institutes of Natural Sciences (NINS) of Japan in cooperation with the Republic of Chile. ALMA is funded by ESO on behalf of its Member States, by NSF in cooperation with the National Research Council of Canada (NRC) and the Ministry of Science and Technology (MOST) and by NINS in cooperation with the Academia Sinica (AS) in Taiwan and the Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI). ALMA construction and operations are led by ESO on behalf of its Member States; by the National Radio Astronomy Observatory (NRAO), managed by Associated Universities, Inc. (AUI), on behalf of North America; and by the National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ) on behalf of East Asia. The Joint ALMA Observatory (JAO) provides the unified leadership and management of the construction, commissioning and operation of ALMA.
——————–
Contacts

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

Margot Leemker
Leiden Observatory
Leiden, the Netherlands
Email: leemker@strw.leidenuniv.nl

Juan Carlos Muñoz Mateos
ESO Media Officer
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 3200 6176
——————–

Pôvodný článok: https://www.eso.org/public/news/eso2302/

 

ESO*lar