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, która 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”
— 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 do zmierzenia chemicznych sygnatur wody i jej ścieżki od obłoku gwiazdotwórczego do planet.
Woda w dysku planetotwórczym wokół gwiazdy V883 Orionis (wizja artystyczna).
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. 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 odziedziczona zarówno przez komety, jak i Ziemię, względnie niezmieniona.”
— kontynuuje John J. Tobin
Jednak obserwacje okazały się trudne.
„Większość wody w dyskach tworzących planety jest zamarznięta do postaci lodu, więc zwykle jest ukryta przed naszym wzrokiem”
— wskazuje współautorka Margot Leemker, doktorantka w Leiden Observatory w Holandii
Wodę w formie gazowej można wykrywać dzięki promieniowaniu, emitowanego 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. Jednak 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 obserwacji 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.
Obrazy ALMA dysku wokół gwiazdy V883 Orionis, pokazujące rozkład przestrzenny wody (po lewej, pomarańczowy), pyłu (w środku, zielony) i tlenku węgla (niebieski, po prawej). Ponieważ woda zamarza w wyższych temperaturach niż tlenek węgla, można ją wykryć w postaci gazowej tylko bliżej gwiazdy. Pozorna przerwa w obrazach wody i tlenku węgla jest w rzeczywistości spowodowana jasną emisją pyłu, który tłumi emisję gazu.
W przyszłości badacze mają nadzieję 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 gwiazdotwórczych do systemów słonecznych. „Da nam to znacznie bardziej kompleksowy obraz lodu i gazu w dyskach, w których powstają planety” podsumowuje Leemker.
