eso2302fi — Tutkimustiedote
Tähtitieteilijät ovat Atacama Large Millimeter/submillimeter Array eli ALMA:n avulla havainneet kaasumaisessa muodossa olevaa vettä tähden V883 Orionis ympärillä olevasta planeettoja muodostavasta kiekosta. Veden mukana kulkevan kemiallisen merkin avulla voidaan selvittää, miten vesi kulkeutuu tähtiä muodostavista kaasupilvistä planeettoihin. Havainnot tukevat ajatusta, jonka mukaan Maassa oleva vesi on jopa Aurinkoamme vanhempaa.
 |
Tämä taiteilijan näkemys esittää tähden V883 Orionis ympärillä olevaa planeettoja muodostavaa kiekkoa. Kiekon uloimmassa osassa vesi jäätyy jääksi, minkä vuoksi sitä ei ole helppo havaita. Tähdestä tuleva energiapurkaus lämmittää sisälevyn sellaiseen lämpötilaan, jossa vesi on kaasumaista ja tähtitieteilijät voivat havaita sitä. Kuvan sisäpuolisessa pikkukuvassa näkyvät kiekosta tutkitut kahdenlaiset vesimolekyylit: Tavallinen vesi, jossa on yksi happiatomi ja kaksi vetyatomia, ja raskaampi vesi, jossa toinen vetyatomi on korvattu deuteriumilla, joka on vedyn raskaampi isotooppi. Kuva: ESO/L. Calçada |
"Voimme nyt jäljittää veden alkuperää aurinkokunnassamme aikaan ennen auringon muodostumista", John J. Tobin, tähtitieteilijä National Radio Astronomy observatoriolta Yhdysvalloista ja tänään Naturessa julkaistun tutkimuksen pääkirjoittaja sanoi.
Tämä löytö tehtiin tutkimalla veden koostumusta V883
Orionis -tähden ympäriltä. Tähti sijaitsee noin 1 300 valovuoden
etäisyydellä Maasta. Kun kaasu- ja pölypilvi romahtaa, sen keskelle muodostuu
tähti. Kaasupilven materiasta muodostuu tähden ympärille myös kiekkomainen
rakenne. Muutaman miljoonan vuoden aikana kiekon aine kasaantuu yhteen
muodostaen komeettoja, asteroideja ja lopulta planeettoja. Tobin ja hänen
tiiminsä käyttivät ALMAa, jossa Euroopan eteläinen observatorio (ESO) on mukana
kumppanina, mittaamaan veden kemiallisia jälkiä, ja sen kulkeutumista tähtiä
muodostavasta pilvestä planeettoihin.
Vesi koostuu yhdestä happiatomista ja kahdesta vetyatomista.
Tobinin tutkimusryhmä tutki hieman raskaampaa veden versiota, jossa yksi
vetyatomeista on korvattu deuteriumilla, joka on vedyn raskaampi isotooppi.
Koska tavallinen ja raskas vesi muodostuvat eri olosuhteissa, niiden suhdelukua
voidaan käyttää veden muodostumisajankohdan ja -paikan jäljittämiseen.
Esimerkiksi joissakin Aurinkokunnan komeetoissa tämän suhteen on osoitettu
olevan samanlainen kuin maan vedessä, mikä viittaa siihen, että komeetat ovat
saattaneet tuoda mukanaan vettä Maahan.
Veden kulkeutumista pilvistä uusiin tähtiin ja myöhemmin
komeetoista planeettoihin on havaittu aikaisemminkin, mutta tähän asti tähtien
ja komeettojen välinen yhteys on ollut kateissa. "V883 Orionis toimii
tässä puuttuvana lenkkinä", Tobin sanoi. "Kiekoissa veden
koostumus on hyvin samanlainen kuin oman aurinkokuntamme komeetoissa. Tämä
vahvistaa ajatusta siitä, että planeettajärjestelmissä oleva vesi muodostui
miljardeja vuosia sitten tähtienvälisessä avaruudessa jo ennen Aurinkoa. Vesi
on sitten periytynyt sekä komeettoihin että maapallolle suhteellisen
muuttumattomana."
Veden havaitseminen osoittautui kuitenkin hankalaksi. "Suurin
osa planeettoja muodostavien kiekkojen vedestä jäätyy jääksi, joten se on
yleensä piilossa meidän havainnoiltamme", eräs tutkimuksen
kirjoittajista, Margot Leemker, Leidenin observatorion
tohtoriopiskelija Alankomaista sanoi. Kaasumaisessa muodossa oleva vesi voidaan
havaita molekyylien lähettämän sähkömagneettisen säteilyn ansiosta, kun ne
pyörivät ja värähtelevät. Kun vesi on jään muodossa, tilanne on
monimutkaisempi, koska molekyylien liike on rajoittunutta. Kaasumaisessa
muodossa olevaa vettä löytyy kiekon keskustan alueelta tähden läheisyydestä,
jossa on lämpimämpää. Nämä keskusalueet ovat kuitenkin itse pölykiekon
kätkössä, ja ne ovat myös liian pieniä, jotta niitä voitaisiin havaita teleskooppien
avulla.
Onneksi juuri tehdyssä tutkimuksessa V883 Orionis -kiekon osoitettiin
olevan poikkeuksellisen kuuma. "Tähden dramaattinen energianpurkaus
kuumentaa kiekon lämpötilaan, jossa vesi ei ole enää jään muodossa, vaan se on
kaasua, ja pystymme havaitsemaan sitä", Tobin sanoi.
Havaitessaan V883 Orionis tähden kaasumaista vettä tutkimusryhmä käytti Pohjois-Chilessä sijaitsevaa radioteleskooppien ALMA-verkostoa. Sen vuoksi, että laite on erittäin herkkä ja se pystyy havaitsemaan pieniä yksityiskohtia, he pystyivät sekä havaitsemaan itse veden, että määrittämään sen koostumuksen. Tämän lisäksi he pystyivät kartoittamaan sen jakautumisen kiekon sisällä. Havaintojen mukaan kiekossa on vähintään 1 200 kertaa niin paljon vettä kuin kaikissa Maan merissä yhteensä.
Tutkimusryhmä toivoo tulevaisuudessa voivansa käyttää ESO:n
tulevaa Erittäin suurta kaukoputkea (Extremely Large Telescope, EELT) ja sen
ensimmäisen sukupolven METIS-instrumenttia. Tämä keski-infrapuna alueella
havaitseva instrumentti pystyy erottamaan veden eri tilat tämän tyyppisissä
kiekoissa vahvistaen ymmärrystämme veden kulkeutumisesta aina tähtiä
muodostavista pilvistä planeettakuntiin saakka. "Saamme siten paljon
täydellisemmän kuvan planeettoja muodostavien kiekkojen jäästä ja kaasusta",
Leemker totesi lopuksi.
Lisätietoa
Tämä tutkimus on esitety artikkelissa “Deuterium-enriched
water ties planet-forming disks to comets and protostars”, joka julkaistaan
Nature (doi: 10.1038/s41586-022-05676-z) julkaisusarjassa.
Ei kommentteja:
Lähetä kommentti