Penemuan menakjubkan mengungkap asal usul air di tata surya kita miliaran tahun sebelum matahari

ALMA menelusuri sejarah air dalam pembentukan planet kembali ke medium antarbintang

Pengamatan air dalam piringan yang terbentuk di sekitar protobintang V883 Ori telah mengungkap petunjuk tentang pembentukan komet dan planet minor di tata surya kita.

Para ilmuwan yang mempelajari protobintang terdekat telah mendeteksi air di piringan kelilingnya. Pengamatan baru yang dilakukan dengan Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) mewakili deteksi pertama air yang diwariskan dalam piringan protoplanet tanpa perubahan signifikan dalam komposisinya. Temuan ini juga menunjukkan bahwa air di tata surya kita terbentuk miliaran tahun sebelum matahari. Pengamatan baru diterbitkan 8 Maret di jurnal alam.

Impresi artis ini memperlihatkan piringan pembentuk planet di sekitar bintang V883 Orionis. Air di bagian luar cakram membeku seperti es dan karenanya tidak mudah dideteksi. Ledakan energi dari bintang memanaskan cakram bagian dalam ke suhu di mana air berbentuk gas, memungkinkan para astronom untuk mendeteksinya.
Gambar sisipan menunjukkan dua jenis molekul air yang dipelajari dalam cakram ini: air biasa, dengan satu atom oksigen dan dua atom hidrogen, dan versi yang lebih berat di mana atom hidrogen digantikan oleh deuterium, isotop hidrogen yang berat.
Kredit: ESO/L.Calzada

V883 Orionis adalah protobintang yang terletak sekitar 1.305 tahun cahaya dari Bumi di konstelasi Orion. Pengamatan baru dari protobintang ini telah membantu para ilmuwan menemukan kemungkinan hubungan antara air di medium antarbintang dan air di tata surya kita dengan memastikan bahwa mereka memiliki komposisi yang serupa.

V883 Ori adalah protobintang unik yang suhunya cukup panas sehingga air di piringan sekitarnya telah berubah menjadi gas, memungkinkan astronom radio untuk melacak asal usul air. Pengamatan baru menggunakan Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) memberikan konfirmasi pertama bahwa air di tata surya kita mungkin berasal dari tempat yang sama dengan air di piringan yang mengelilingi protobintang di tempat lain di alam semesta: medium antarbintang. Kredit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), B. Saxton (NRAO/AUI/NSF)

“Kita bisa memikirkan jalur air melalui alam semesta sebagai jalan. Kita tahu seperti apa titik akhir itu, yaitu air di planet dan komet, tapi kami ingin melacak jalur itu kembali ke asal usul Air., penulis utama di baru kertas.”Sebelumnya, kita bisa mengasosiasikan Bumi dengan komet, dan protobintang dengan medium antarbintang, tapi kita tidak bisa mengasosiasikan protobintang dengan komet. V883 Ori telah mengubahnya, membuktikan bahwa molekul air di sistem ini dan di tata surya kita memiliki proporsi deuterium dan hidrogen yang serupa. “

Menggunakan[{” 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.

Sebagian besar waktu, air di piringan yang mengelilingi protobintang berbentuk es, terkadang memanjang jauh dari bintang. Dalam kasus V883 Ori, garis salju memanjang 80 unit dari bintang; Ini adalah 80 kali jarak antara Bumi dan Matahari, seperti yang ditunjukkan dalam animasi ini. Tetapi suhu di V883 Ori cukup panas sehingga sebagian besar es di cakramnya telah berubah menjadi gas, memungkinkan astronom radio untuk mempelajari air tersebut secara mendetail. Pengamatan baru menggunakan Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) mengungkapkan bahwa air di piringan V883 Ori memiliki komposisi dasar yang sama dengan air pada benda-benda di tata surya kita. Ini menandakan bahwa air di tata surya kita terbentuk miliaran tahun sebelum matahari berada di medium antarbintang. Kredit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), J. Tobin, P. Saxton (NRAO/AUI/NSF)

“Pengamatan ini menyoroti kemampuan luar biasa dari instrumen ALMA dalam membantu para astronom mempelajari sesuatu yang sangat penting bagi kehidupan di Bumi: air,” kata Joe Pesci, pejabat program National Science Foundation di ALMA. “Memahami proses fundamental yang penting bagi kita di Bumi, dan yang terlihat jauh di luar galaksi, juga menginformasikan pengetahuan kita tentang bagaimana alam bekerja secara umum, dan proses yang harus terjadi agar tata surya kita berevolusi menjadi apa yang kita ketahui. Hari ini.”

Untuk menghubungkan air di cakram protoplanet V883 Ori dengan yang ada di tata surya kita, tim mengukur komposisinya menggunakan penerima Band 5 (1,6 mm) dan Band 6 (1,3 mm) ALMA yang sangat sensitif dan menemukan bahwa komposisinya relatif tidak berubah di antara setiap tahap. pembentukan tata surya: Protobintang, piringan protoplanet, dan komet. Artinya, air di tata surya kita sudah terbentuk jauh sebelum matahari, planet, dan komet terbentuk. Kita sudah tahu bahwa ada banyak air es di medium antarbintang. Hasil kami menunjukkan bahwa air ini dimasukkan langsung ke tata surya selama pembentukannya, kata Merrill van te Hoff, seorang astronom di University of Michigan dan salah satu penulis makalah tersebut. “Ini menarik karena menunjukkan bahwa sistem planet lain pasti telah menerima air dalam jumlah yang signifikan juga.”

Saat mencari asal usul air di tata surya kita, para ilmuwan telah menetap di V883 Orionis, sebuah protobintang unik yang terletak 1.305 tahun cahaya dari Bumi. Tidak seperti protobintang lainnya, piringan sirkular yang mengelilingi V883 Ori cukup panas sehingga air di dalamnya telah berubah dari es menjadi gas, sehingga memungkinkan para ilmuwan untuk mempelajari komposisinya menggunakan teleskop radio seperti yang ada di Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA ). Pengamatan radio terhadap protobintang mengungkapkan adanya air (oranye), coretan debu (hijau), dan molekul gas (biru) yang menunjukkan bahwa air pada protobintang ini sangat mirip dengan air pada benda-benda di tata surya kita, dan mungkin memiliki asal yang sama. Kredit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), J. Tobin, B. Saxton (NRAO/AUI/NSF)

Menjelaskan peran air dalam perkembangan komet dan planet minor sangat penting untuk membangun pemahaman tentang bagaimana tata surya kita berevolusi. Meskipun Matahari diduga terbentuk dalam gugusan bintang yang padat dan V883 Ori relatif terisolasi tanpa bintang di dekatnya, keduanya memiliki satu kesamaan penting: keduanya terbentuk dalam awan molekul raksasa.

“Diketahui bahwa sebagian besar air di medium antarbintang terbentuk sebagai es di permukaan butiran debu kecil di awan. Saat awan ini runtuh karena gravitasinya sendiri dan membentuk bintang muda, air berakhir di cakram di sekitar mereka. Akhirnya, cakram berevolusi dan butiran debu es menggumpal untuk membentuk tata surya baru dengan planet dan komet, ”kata Margot Lemker, seorang astronom di Universitas Leiden dan salah satu penulis makalah tersebut. “Kami telah menunjukkan bahwa air yang dihasilkan di awan mengikuti jalur ini hampir tidak berubah. Jadi, dengan melihat air di piringan V883 Ori, kami melihat ke masa lalu dan melihat seperti apa tata surya kita ketika jauh lebih muda.” .”

V883 Orionis adalah protobintang yang terletak sekitar 1.305 tahun cahaya dari Bumi di konstelasi Orion. Kredit: ESO/IAU dan Langit & Teleskop

Tobin menambahkan, “Sejauh ini, rantai air telah terhenti dalam pengembangan tata surya kita. V883 Ori adalah mata rantai yang hilang dalam kasus ini, dan kita sekarang memiliki rantai air yang tidak terputus dari komet dan protobintang hingga medium antarbintang. ”

Untuk informasi lebih lanjut tentang penemuan ini, lihat Air di Bumi Lebih Tua Dari Matahari Kita.

Referensi: “Air yang Diperkaya Deuterium Mengikat Piringan Pembentuk Planet ke Komet dan Protobintang” oleh 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 dan Lucas Siza, 8 Maret 2023, Tersedia Di Sini. alam.
DOI: 10.1038/s41586-022-05676-z