Woda na Ziemi może być starsza od Słońca

Naukowcom z amerykańskiego National Radio Astronomy Observatory oraz Europejskiego Obserwatorium Południowego (ESO) udało się wykryć wodę w stanie gazowym w bardzo odległym miejscu w kosmosie. Jak podali, ślady tego niezbędnego do życia związku chemicznego znajdują się w dysku, który otacza gwiazdę V883 Orionis. Te doniesienia mogą wyjaśniać to, jaką trasę musi przebyć woda z gazowych obłoków do planet i potwierdzać tezę, że jej zasoby, które znajdują się na Ziemi, mogą być starsze niż Słońce.

Odkrycie było możliwe dzięki wykorzystaniu Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), sieci radioteleskopów w północnym Chile. Badania na ten temat ukazały się w środowym wydaniu magazynu naukowego "Nature".

- Teraz możemy śledzić pochodzenie wody w Układzie Słonecznym do momentu przed powstaniem Słońca - powiedział astronom John J. Tobin z NRAO.

Do odkrycia doszło, kiedy naukowcy analizowali skład wody w dysku formującym planety w okolicach protogwiazdy V883 Orionis, oddalonej o około 1300 lat świetlnych od Ziemi. Jak podali, kiedy obłok gazu i pyłu zaczyna się zapadać, w jego centrum powstaje gwiazda. Pozostała materia także tworzy dysk, który krąży wokół gwiazdy. Na przestrzeni milionów lat mogą utworzyć się z niego przeróżne ciała niebieskie: komety, planetoidy, a także planety. Zespół Tobina skoncentrował się na mierzeniu chemicznych sygnatur wody i jej drogi z obłoku gwiazdotwórczego do planet.

Zespół Tobina nie analizował jednak znanej nam wody, składającej się z dwóch atomów wodoru i jednego atomu tlenu. Zamiast tego szukano substancji, w której jeden z atomów wodoru jest zastąpiony deuterem, a więc ciężkim izotopem wodoru. "Ponieważ zwykła i ciężka woda tworzą się w różnych warunkach, ich stosunek może służyć do prześledzenia tego, 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" - wyjaśniło w komunikacie ESO.

Nauce znane są już obserwacje wody, która przemieszcza się z obłoków do młodych gwiazd, a także z komet na planety. Nie było jednak jasne, jak woda jest transportowana z młodych gwiazd do komet.

- 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 oddziedziczona zarówno przez komety, jak i Ziemię względnie niezmieniona - przekazał Tobin.

Obserwacje tego procesu nie należały do najłatwiejszych.

- Większość wody w dyskach tworzących planety jest zamarznięta do postaci lodu, więc zwykle jest ukryta przed naszym wzrokiem - powiedziała Margot Leemker, doktorantka w Leiden Observatory w Holandii, która uczestniczyła w badaniach.

Gazową formę wody można wykryć dzięki obserwacji promieniowania emitowanego przez ruch jej cząsteczek. Kiedy jest zamarznięta, ruch cząsteczek jest ograniczony, a co za tym idzie - trudniejszy do wykrycia. Z uwagi na ciepło, jakie wytwarza gwiazda, gazową formę wody częściej można znaleźć w niewielkiej odległości od jej centra. Jest ona jednak ukryta przez dysk pyłowy i zbyt mała, by z łatwością można było dostrzec ją na obrazach teleskopowych.

Okazało się jednak, że dysk V883 Orionis jest nietypowo gorący, a każdy wybuch energii od gwiazdy dodatkowo rozgrzewa go "do temperatury, w której woda nie jest już w formie lodu, ale gazu, pozwalając na jej wykrycie" - jak wyjaśnił Tobin.

Astronomom udało się nie tylko wykryć wodę, ustalić jej skład, ale także stworzyć mapę jej rozmieszczenia w dysku. Okazało się, że jest jej tam tak dużo, co we wszystkich ziemskich oceanach, gdyby pomnożyć je jeszcze 1200 razy. Ich dalsze plany zakładają kolejne obserwacje obiektu, na przykład za pomocą Ekstremalnie Wielkiego Teleskopu (ELT), który ma zostać zbudowany do 2025 roku. Dzięki urządzeniu możliwe będzie "rozdzielenie gazowej fazy 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 - podsumowała Leemker.