Una sorprendente scoperta rivela l’origine dell’acqua nel nostro sistema solare miliardi di anni prima del sole

ALMA ripercorre la storia dell’acqua nella formazione dei pianeti fino al mezzo interstellare

Le osservazioni dell’acqua nel disco che si forma attorno alla protostella V883 Ori hanno rivelato indizi sulla formazione di comete e pianeti minori nel nostro sistema solare.

Gli scienziati che studiano una protostella vicina hanno rilevato acqua nel suo disco circonferenziale. Le nuove osservazioni effettuate con l’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) rappresentano la prima rilevazione di acqua ereditabile in un disco protoplanetario senza cambiamenti significativi nella sua composizione. Questi risultati indicano anche che l’acqua nel nostro sistema solare si è formata miliardi di anni prima del sole. Le nuove osservazioni sono state pubblicate l’8 marzo sulla rivista natura.

L’impressione di questo artista mostra il disco di formazione del pianeta attorno alla stella V883 Orionis. L’acqua all’esterno del disco è congelata come ghiaccio e quindi non è facilmente rilevabile. Un’esplosione di energia dalla stella riscalda il disco interno a una temperatura in cui l’acqua è gassosa, consentendo agli astronomi di rilevarla.
L’immagine nel riquadro mostra i due tipi di molecole d’acqua studiate in questo disco: acqua naturale, con un atomo di ossigeno e due atomi di idrogeno, e una versione più pesante in cui l’atomo di idrogeno è sostituito dal deuterio, un isotopo pesante dell’idrogeno.
Credito: ESO/L. Calzada

V883 Orionis è una protostella situata a circa 1.305 anni luce dalla Terra nella costellazione di Orione. Nuove osservazioni di questa protostella hanno aiutato gli scienziati a trovare un possibile legame tra l’acqua nel mezzo interstellare e l’acqua nel nostro sistema solare, confermando che hanno una composizione simile.

V883 Ori è una protostella unica la cui temperatura è abbastanza alta da trasformare l’acqua nel suo disco circostante in gas, consentendo ai radioastronomi di tracciare le origini dell’acqua. Nuove osservazioni utilizzando l’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) hanno fornito la prima conferma che l’acqua nel nostro sistema solare potrebbe provenire dallo stesso punto dell’acqua nei dischi che circondano le protostelle in altre parti dell’universo: il mezzo interstellare. Crediti: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), B. Saxton (NRAO/AUI/NSF)

“Possiamo pensare al percorso dell’acqua attraverso l’universo come a un percorso. Sappiamo che aspetto hanno gli estremi, che sono l’acqua su pianeti e comete, ma volevamo tracciare quel percorso fino alle origini dell’Acqua., autore principale di il nuovo documento. “Prima d’ora, potevamo associare la Terra alle comete e le protostelle al mezzo interstellare, ma non potevamo associare le protostelle alle comete. V883 Ori lo ha cambiato, dimostrando che le molecole d’acqua in questo sistema e nel nostro sistema solare hanno una proporzione simile di deuterio e idrogeno. “

Utilizzo[{” 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.

Il più delle volte, l’acqua nei dischi che circondano le protostelle è sotto forma di ghiaccio, che a volte si estende per lunghe distanze dalla stella. Nel caso di V883 Ori, la linea della neve si estende per 80 unità dalla stella; Questa è 80 volte la distanza tra la Terra e il Sole, come mostrato in questa animazione. Ma la temperatura in V883 Ori è abbastanza alta che gran parte del ghiaccio nel suo disco si è trasformato in gas, permettendo ai radioastronomi di studiare quell’acqua in dettaglio. Nuove osservazioni utilizzando l’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) rivelano che l’acqua nel disco di V883 Ori ha la stessa composizione di base dell’acqua sugli oggetti nel nostro sistema solare. Ciò indica che l’acqua nel nostro sistema solare si è formata miliardi di anni prima del sole nel mezzo interstellare. Crediti: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), J. Tobin, P. Saxton (NRAO/AUI/NSF)

“Questa osservazione evidenzia le notevoli capacità dello strumento ALMA nell’aiutare gli astronomi a studiare qualcosa di così importante per la vita sulla Terra: l’acqua”, ha affermato Joe Pesci, responsabile del programma della National Science Foundation presso ALMA. “Comprendere i processi fondamentali che sono importanti per noi sulla Terra e che sono visti ben oltre la galassia, informa anche la nostra conoscenza di come funziona la natura in generale e dei processi che devono verificarsi affinché il nostro sistema solare si evolva in ciò che conosciamo Oggi.”

Per collegare l’acqua nel disco protoplanetario di V883 Ori a quella nel nostro sistema solare, il team ha misurato la sua composizione utilizzando i ricevitori Banda 5 (1,6 mm) e Banda 6 (1,3 mm) altamente sensibili di ALMA e ha scoperto che rimane relativamente invariata tra uno stadio e l’altro. della formazione del sistema solare: protostella, disco protoplanetario e comete. Ciò significa che l’acqua nel nostro sistema solare si è formata molto prima della formazione del sole, dei pianeti e delle comete. Sapevamo già che c’è molto ghiaccio d’acqua nel mezzo interstellare. “I nostri risultati mostrano che quest’acqua è stata incorporata direttamente nel sistema solare durante la sua formazione”, ha detto Merrill van te Hoff, astronomo dell’Università del Michigan e uno degli autori dell’articolo. “Questo è eccitante perché indica che anche altri sistemi planetari avrebbero dovuto ricevere quantità significative di acqua”.

Durante la ricerca delle origini dell’acqua nel nostro sistema solare, gli scienziati si sono stabiliti su V883 Orionis, una protostella unica situata a 1.305 anni luce dalla Terra. A differenza di altre protostelle, il disco circumstellare che circonda V883 Ori è abbastanza caldo che l’acqua al suo interno si è trasformata da ghiaccio in gas, rendendo possibile agli scienziati di studiarne la composizione utilizzando radiotelescopi come quelli dell’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA ). Le osservazioni radio della protostella hanno rivelato la presenza di acqua (arancione), striscia di polvere (verde) e gas molecolare (blu) indicando che l’acqua su questa protostella è molto simile all’acqua sugli oggetti nel nostro sistema solare e potrebbe avere il stesse origini. Crediti: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), J. Tobin, B. Saxton (NRAO/AUI/NSF)

Chiarire il ruolo dell’acqua nello sviluppo delle comete e dei pianeti minori è fondamentale per capire come si è evoluto il nostro sistema solare. Sebbene si pensi che il Sole si sia formato in un denso ammasso di stelle e V883 Ori sia relativamente isolato senza stelle vicine, i due hanno una cosa importante in comune: entrambi si sono formati in gigantesche nubi molecolari.

“È noto che la maggior parte dell’acqua nel mezzo interstellare si forma sotto forma di ghiaccio sulla superficie di minuscoli granelli di polvere nelle nuvole. Quando queste nuvole collassano sotto la loro stessa gravità e formano giovani stelle, l’acqua finisce nei dischi intorno a loro. Alla fine, i dischi si evolvono ei granelli di polvere ghiacciata si coagulano per formare un sistema Un nuovo sistema solare con pianeti e comete”. Abbiamo dimostrato che l’acqua che si produce nelle nuvole segue questo percorso quasi invariato. Quindi, osservando l’acqua nel disco di V883 Ori, guardiamo indietro nel tempo e vediamo com’era il nostro sistema solare quando era molto più giovane. “

V883 Orionis è una protostella situata a circa 1.305 anni luce dalla Terra nella costellazione di Orione. Credito: ESO/IAU e Sky & Telescope

Tobin ha aggiunto: “Finora, la catena dell’acqua si è bloccata nello sviluppo del nostro sistema solare. V883 Ori è l’anello mancante in questo caso, e ora abbiamo una catena ininterrotta nella catena dell’acqua dalle comete e protostelle al mezzo interstellare. “

Per ulteriori informazioni su questa scoperta, vedi L’acqua sulla Terra è più vecchia del nostro sole.

Riferimento: “L’acqua arricchita di deuterio lega i dischi che formano pianeti alle comete e alle protostelle” di John J. Tobin, Merrill L.R. Van Hove, Margot Lemker, Ewen F. Van Dishoek, Teresa Paneki-Carino, Kenji Furuya, Daniel Harsono, Magnus F. Pearson, Elzidor Cleaves, Patrick D. Sheehan e Lucas Siza, 8 marzo 2023, disponibile qui. natura.
DOI: 10.1038/s41586-022-05676-z