Med hjälp av Atacama Large Millimeter/submillimeter
Array (ALMA-teleskopet i Chile) har astronomer upptäckt vatten i gasform i den
planetbildande skivan kring stjärnan V883 Orionis (som finns i riktning mot
stjärnbilden Orion,1300 ljusår bort). Då vattnet här har ett kemiskt avtryck
som visar att vattnet finns i ett stjärnbildande gasmoln en så kallad
ackretionsskiva stödjer det teorin att vattnet på jorden är äldre än vår sol.
Vi kan därför anta ursprunget till vattnet i vårt solsystem till en tidpunkt före solens bildande” säger John J. Tobin, astronom vid
National radio Astronomy Observatory i USA och huvudförfattare till den studie
som har publicerats i dagarna i Nature.
När ett gas- och stoftmoln kollapsar bildas en
stjärna i dess centrum och en skiva med kvarvarande material (mestadels i form
av gas och damm) finns sedan kvar runt
stjärnan och kallas ackretionsskiva). Under loppet av några miljoner år kommer
materialet i skivan bilda kometer, asteroider och även planeter. Tobin och hans
forskarlag använde ALMA-teleskopet där Europeiska sydobservatoriet (ESO) är en
partner vid upptäckten av vattnet och dess väg från stjärnbildande
moln till planeter.
Vatten består vanligen av en syreatom och två
väteatomer. Tobins forskarlag studerade här en tyngre variant av vatten där en av
väteatomerna har ersatts med deuterium – en tung isotop av väte. Eftersom
vanligt och tungt vatten bildas under olika förutsättningar kan deras relativa
halt användas till att spåra när och var vatten har bildats. Exempelvis har
vissa kometer i solsystemet en relativ halt som är lik vattnet på jorden något
som då indikerar att kometerna kan ha fört vatten till jorden.
Vattnets resa från gasmoln till unga stjärnor har
observerats tidigare men sammanhanget mellan unga stjärnor och kometer saknats.
“V883 Orionis visar den saknade länken i detta fall” säger Tobin.
“Sammansättningen av vattnet i skívan är mycket lik den hos kometer i vårt eget
solsystem. Detta bekräftar teorin att vattnet i planetsystem bildades i den
interstellära rymden för miljarder år sedan innan stjärnor bildats
Det mesta vatten i en planetbildande skiva består av
is vilket försvårar studiet av dess egenskaper” säger medförfattaren Margot
Leemker, doktorand vid Leidenobservatoriet i Nederländerna. Gasformigt vatten
kan detekteras tack vare den strålning
som sänds ut av de roterande och vibrerande molekylerna, men detektionen är
betydligt svårare när molekylerna är fastlåsta i is och deras rörelse då är
begränsad. Gasformigt vatten finns i centrum av skivan där det är varmare på
grund av närheten till stjärnan. Men
detta område skyms av skivans eget stoft och är dessutom för litet för att
kunna ses med dagens teleskop.
V883 Orionis (stjärnan) visade sig dock i studien
vara ovanligt het och för närvarande 200 gånger ljusstarkare än solen. Detta
stora energiflöde som beror på ett pågående utbrott hos stjärnan värmer skivan
“till en temperatur där vatten inte längre är i isform utan gasform (ånga)
vilket gjorde det möjligt för oss att detektera det” förklarar Tobin.
Den svenske astronomen Magnus Persson forskade vid Onsala rymdobservatorium vid Chalmers tekniska högskola och en av de som deltog i forskningsprojektet sa att "Det har tagit lång tid att få de här resultaten. Det var lite mer än sex år sedan vi kläckte idén till projektet, och ihärdighet har nu gett resultat. Jätteroligt och häftigt att äntligen kunna lägga ytterligare en pusselbit till förståelsen av vattnets väg från kalla gas- och stoftmoln till kometer och slutligen ytan på planeter."
Tack vare ALMA:s höga känslighet och möjlighet att
upplösa små detaljer kunde de både detektera vattnet och mäta dess
sammansättning spektralt. Men också kartlägga dess fördelning i skivan. Från
observationerna drogs slutsatsen att skivan innehåller minst 1200 gånger mer
vatten än i jordens alla oceaner tillsammans.
I framtiden hoppas astronomer kunna studera
systemet närmare med ESO:s kommande Extremely Large Telescope (ELT) och dess
första generations-instrument METIS som blir känsligt för infraröda våglängder.
METIS kommer att kunna studera gasfasen i denna typ av skivor och stärka länken
mellan vattnet i stjärnbildande moln och planetsystem. “Detta kommer att ge oss
en mer komplett bild av is och gas i planetbildande skivor” säger Leemker i ett
uttalande.
Forskningsresultaten presenterades i artikeln
“Deuterium-enriched water ties planet-forming disks to comets and protostars”
(doi: 10.1038/s41586-022-05676-z) i tidskriften Nature.
Bild rawpixel.com
