اكتشاف مذهل يكشف عن نشأة المياه في نظامنا الشمسي قبل مليارات السنين من الشمس

ALMA يتتبع تاريخ الماء في تكوين الكوكب ويعود إلى الوسط بين النجوم

كشفت ملاحظات الماء في القرص المتكون حول النجم الأولي V883 Ori عن أدلة حول تكوين المذنبات والكواكب الصغيرة في نظامنا الشمسي.

اكتشف العلماء الذين يدرسون نجمًا أوليًا قريبًا وجود الماء في قرصه المحيطي. تمثل الملاحظات الجديدة التي تم إجراؤها باستخدام مصفوفة Atacama Large Millimeter / submillimeter (ALMA) أول اكتشاف للماء يتم توريثه في قرص كوكبي أولي دون تغييرات كبيرة في تكوينه. تشير هذه النتائج أيضًا إلى أن الماء في نظامنا الشمسي تشكل قبل الشمس ببلايين السنين. نُشرت الملاحظات الجديدة في 8 آذار في المجلة طبيعة.

يُظهر انطباع هذا الفنان القرص المكون من كوكب حول النجم V883 Orionis. يتم تجميد الماء في الجزء الخارجي من القرص على شكل جليد وبالتالي لا يمكن اكتشافه بسهولة. يؤدي انفجار الطاقة من النجم إلى تسخين القرص الداخلي إلى درجة حرارة يكون فيها الماء غازيًا ، مما يمكّن علماء الفلك من اكتشافه.
تُظهر الصورة الداخلية نوعين من جزيئات الماء التي تمت دراستها في هذا القرص: الماء العادي ، مع ذرة أكسجين واحدة وذرتين من الهيدروجين ، ونسخة أثقل حيث يتم استبدال ذرة الهيدروجين بالديوتيريوم ، وهو نظير ثقيل للهيدروجين.
الائتمان: ESO / L. كالسادا

V883 Orionis هو نجم أولي يقع على بعد حوالي 1305 سنة ضوئية من الأرض في كوكبة الجبار. ساعدت الملاحظات الجديدة لهذا النجم الأولي العلماء على إيجاد رابط محتمل بين الماء في الوسط البينجمي والماء في نظامنا الشمسي من خلال التأكد من أن لديهم تركيبة مماثلة.

V883 أوري هو نجم أولي فريد من نوعه تكون درجة حرارته ساخنة بدرجة كافية بحيث تحول الماء الموجود في قرصه المحيط إلى غاز ، مما يجعل من الممكن لعلماء الفلك الراديوي تتبع أصول الماء. قدمت الملاحظات الجديدة باستخدام مصفوفة Atacama Large Millimeter / submillimeter (ALMA) أول تأكيد على أن الماء في نظامنا الشمسي قد يأتي من نفس المكان مثل الماء في الأقراص المحيطة بالنجوم الأولية في مكان آخر في الكون: الوسط بين النجوم. الائتمان: ALMA (ESO / NAOJ / NRAO) ، B. Saxton (NRAO / AUI / NSF)

“يمكننا أن نفكر في مسار الماء عبر الكون كمسار. قال جون توبين ، عالم الفلك في مرصد الفلك الراديوي الوطني (NRAO) التابع لمؤسسة العلوم الوطنية ، إننا نعرف كيف تبدو نقاط النهاية ، وهي المياه على الكواكب والمذنبات ، لكننا أردنا تتبع هذا المسار إلى أصول الماء. والمؤلف الرئيسي على الورقة الجديدة. “قبل الآن ، كان بإمكاننا ربط الأرض بالمذنبات ، والنجوم الأولية بالوسط النجمي ، لكننا لم نتمكن من ربط النجوم الأولية بالمذنبات. لقد غير V883 أوري ذلك ، وأثبت أن جزيئات الماء في هذا النظام وفي نظامنا الشمسي لها نسبة مماثلة من الديوتيريوم والهيدروجين. “

https://www.youtube.com/watch؟v=V1Sfolr1uwQ
استخدام[{” 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.

https://www.youtube.com/watch؟v=t2L9wo8o3c8
في معظم الأوقات ، يكون الماء في الأقراص المحيطة بالنجوم الأولية على شكل جليد ، ويمتد أحيانًا لمسافات طويلة من النجم. في حالة V883 Ori ، يمتد خط الثلج بمقدار 80 وحدة من النجم ؛ هذا يساوي 80 ضعف المسافة بين الأرض والشمس ، كما هو موضح في هذه الرسوم المتحركة. لكن درجة الحرارة في V883 أوري ساخنة بدرجة كافية لدرجة أن الكثير من الجليد في قرصه قد تحول إلى غاز ، مما يجعل من الممكن لعلماء الفلك الراديوي دراسة تلك المياه بالتفصيل. كشفت الملاحظات الجديدة باستخدام مصفوفة Atacama Large Millimeter / submillimeter (ALMA) أن الماء في قرص V883 Ori له نفس التركيب الأساسي مثل الماء على الكائنات في نظامنا الشمسي. يشير هذا إلى أن الماء في نظامنا الشمسي تشكل قبل الشمس بمليارات السنين في الوسط بين النجوم. الائتمان: ALMA (ESO / NAOJ / NRAO) ، جيه توبين ، بي ساكستون (NRAO / AUI / NSF)

قال جو بيسكي ، مسؤول برنامج مؤسسة العلوم الوطنية في ALMA: “تسلط هذه الملاحظة الضوء على القدرات الرائعة لأداة ALMA في مساعدة علماء الفلك على دراسة شيء مهم للغاية للحياة على الأرض: الماء”. “إن فهم العمليات الأساسية المهمة بالنسبة لنا على الأرض ، والتي تُرى في مناطق أبعد من المجرة ، يفيد أيضًا معرفتنا بكيفية عمل الطبيعة بشكل عام ، والعمليات التي يجب أن تحدث لنظامنا الشمسي لكي يتطور إلى ما نعرفه اليوم.”

لتوصيل المياه في قرص الكواكب الأولية V883 أوري إلى ذلك الموجود في نظامنا الشمسي ، قاس الفريق تركيبته باستخدام مستقبلات النطاق 5 (1.6 مم) والنطاق 6 (1.3 مم) عالية الحساسية من ALMA ووجدوا أنه لا يزال دون تغيير نسبيًا بين كل مرحلة تكوين النظام الشمسي: النجم الأولي ، قرص الكواكب الأولية ، والمذنبات. وهذا يعني أن الماء في نظامنا الشمسي قد تشكل قبل وقت طويل من تشكل الشمس والكواكب والمذنبات. لقد علمنا بالفعل أن هناك الكثير من جليد الماء في الوسط النجمي. قال ميريل فان تي هوف ، عالم الفلك في جامعة ميتشيغان وأحد مؤلفي الورقة البحثية ، إن نتائجنا تظهر أن هذه المياه قد اندمجت مباشرة في النظام الشمسي أثناء تكوينها. “هذا مثير لأنه يشير إلى أن أنظمة الكواكب الأخرى كان يجب أن تكون قد استقبلت كميات كبيرة من الماء أيضًا.”

أثناء البحث عن أصول المياه في نظامنا الشمسي ، استقر العلماء على V883 Orionis ، وهو نجم أولي فريد يقع على بعد 1305 سنة ضوئية من الأرض. على عكس النجوم الأولية الأخرى ، يكون القرص المحيطي المحيط بـ V883 Ori ساخنًا بدرجة كافية بحيث تحول الماء الموجود فيه من جليد إلى غاز ، مما يجعل من الممكن للعلماء دراسة تركيبته باستخدام التلسكوبات الراديوية مثل تلك الموجودة في Atacama Large Millimeter / submillimeter Array ( ألما). كشفت الملاحظات الراديوية للنجم الأولي عن وجود ماء (برتقالي) ، وسلسلة غبار (خضراء) ، وغاز جزيئي (أزرق) مما يشير إلى أن الماء الموجود على هذا النجم الأولي يشبه إلى حد بعيد الماء الموجود على كائنات في نظامنا الشمسي ، وقد يكون له نفس الشيء أصول. الائتمان: ALMA (ESO / NAOJ / NRAO) ، جيه توبين ، ب.ساكستون (NRAO / AUI / NSF)

إن توضيح دور الماء في تطوير المذنبات والكواكب الصغيرة أمر بالغ الأهمية لبناء فهم لكيفية تطور نظامنا الشمسي. على الرغم من الاعتقاد بأن الشمس قد تشكلت في مجموعة كثيفة من النجوم وأن V883 أوري معزولة نسبيًا مع عدم وجود نجوم قريبة ، إلا أن الاثنين يشتركان في شيء واحد مهم: كلاهما تشكل في سحب جزيئية عملاقة.

“من المعروف أن الجزء الأكبر من الماء في الوسط البينجمي يتشكل كجليد على أسطح حبيبات الغبار الصغيرة في السحب. عندما تنهار هذه الغيوم تحت تأثير جاذبيتها وتشكل نجومًا فتية ، ينتهي الماء في الأقراص من حولهم. في نهاية المطاف ، تتطور الأقراص وتتخثر حبيبات الغبار الجليدية لتشكل نظامًا شمسيًا جديدًا به كواكب ومذنبات ، “هذا ما قالته مارجوت ليمكر ، عالمة الفلك في جامعة ليدن ومؤلفة مشاركة في البحث. “لقد أظهرنا أن المياه التي يتم إنتاجها في السحب تتبع هذا المسار دون تغيير تقريبًا. لذلك ، من خلال النظر إلى الماء في قرص V883 Ori ، فإننا ننظر إلى الوراء في الوقت المناسب ونرى كيف بدا نظامنا الشمسي عندما كان أصغر بكثير. “

V883 Orionis هو نجم أولي يقع على بعد حوالي 1305 سنة ضوئية من الأرض في كوكبة الجبار. الائتمان: ESO / IAU و Sky & Telescope

وأضاف توبين: “حتى الآن ، تعطلت سلسلة المياه في تطوير نظامنا الشمسي. V883 أوري هو الحلقة المفقودة في هذه الحالة ، ولدينا الآن سلسلة غير منقطعة في سلالة الماء من المذنبات والنجوم الأولية إلى الوسط بين النجوم. “

لمعرفة المزيد عن هذا الاكتشاف ، انظر الماء على الأرض أقدم من شمسنا.

المرجع: “المياه المخصبة بالديوتيريوم تربط الأقراص المكونة للكوكب بالمذنبات والنجوم الأولية” بقلم جون جيه توبين ، وميريل إل آر فان هوف ، ومارجوت ليمكر ، وإيوين إف فان ديشويك ، وتيريزا بانيكي-كارينو ، وكينجي فورويا ، ودانييل هارسونو ، ماغنوس ف.بيرسون ، إلزيدور كليفز ، باتريك د.شيهان ولوكاس سيزا ، 8 مارس 2023 ، طبيعة.
DOI: 10.1038 / s41586-022-05676-z