Komunikat prasowy

Astronomowie ujawniają nowy związek pomiędzy wodą i powstawaniem planet

29 lutego 2024

Badacze znaleźli parę wodną w dysku wokół młodej gwiazdy odkładnie w miejscu, w którym mogą formować się planety. Woda jest kluczowym składnikiem dla życia na Ziemi. Uważa się też, że odgrywa znaczącą rolę w powstawaniu planet. Jednak do tej pory nie byliśmy w stanie uzyskać map rozmieszczenia wody w stabilnym, chłodnym dysku – rodzaju dysku, które oferuje najbardziej korzystne warunki do powstawania planet wokół gwiazd. Nowe wyniki były możliwe dzięki Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), w której Europejskie Obserwatorium Południowe (ESO) jest partnerem.

„Nigdy nie wyobrażałem sobie, że będziemy w stanie uzyskać obraz oceanów pary wodnej w tym samym obszarze, w którym przypuszczalnie powstaje planeta” mówi Stefano Facchini, astronom z Uniwersytetu Mediolańskiego we Włoszech, który kierował badaniami opublikowanymi dzisiaj w Nature Astronomy. Obserwacje ujawniają co najmniej trzy razy więcej wody niż we wszystkich ziemskich oceanach, występującej w wewnętrznym dysku młodej gwiazdy HL Tauri, podobnej do Słońca, odległej o 450 lat świetlnych od Ziemi w kierunku gwiazdozbioru Byka.

„To naprawdę niezwykłe, że możemy nie tylko wykryć, ale też uzyskać szczegółowe obrazy i rozdzielić przestrzennie parę wodną w odległości 450 lat świetlnych od nas” dodaje współautor Leonardo Testi, astronom z Uniwersytetu Bolońskiego we Włoszech. Obserwacje z „rozdzieleniem przestrzennym” przy pomocy ALMA, pozwalają astronomom na ustalenie rozmieszczenia wody w różnych rejonach dysku. „Udział w tak ważnym odkryciu dotyczącym kultowego dysku HL Tauri, była poza moimi oczekiwaniami odnośnie pierwszych doświadczeń badawczych w astronomii” wskazuje Mathieu Vander Donckt z Uniwersytetu w Liège w Belgii, który był studentem studiów magisterskich, gdy brał udział w badaniach.

Znaczna ilość wody została odkryta w rejonie, w którym istnieje znana przerwa w dysku HL Tauri. W bogatych w gaz i pył dyskach młode orbitujące planetopodobne ciała rzeźbią przerwy w kształcie pierścieni, gdy gromadzą materię i rosną. „Nasze najnowsze obrazy ujawniły znaczącą ilość pary wodnej w zakresie odległości od gwiazdy obejmującym przerwę, w której potencjalnie może formować się obecnie planeta” mówi Facchini. Sugeruje to, że para wodna może wpływać na skład chemiczny planet tworzących się w takich obszarach.

Obserwacje wody przy pomocy naziemnego teleskopu nie są łatwym zadaniem z powodu występowania pary wodnej w ziemskiej atmosferze, która zakłóca sygnały astronomiczne. ALMA, zarządzania przez ESO razem z międzynarodowymi partnerami, to sieć teleskopów na chilijskiej pustyni Atakama, na wysokości 5000 metrów n.p.m., wybudowana wysoko i w suchym środowisku właśnie po to, aby zminimalizować zakłócenia dzięki wyjątkowym warunkom obserwacyjnym. „Do dzisiaj ALMA jest jedynym przyrządem zdolnym rozdzielić przestrzennie wodę w chłodnych dyskach planetotwórczych” tłumaczy współautor Wouter Vlemmings, profesor na Chalmers University of Technology w Szwecji [1].

„To naprawdę ekscytującą być bezpośrednim świadkiem, na obrazku, jak cząsteczki wody uwalniają się z lodowych ziaren pyłu” – mówi Elizabeth Humphreys, astronomka z ESO, która również brała udział w badaniach. Ziarna pyłu, które tworzą dysk, są źródłem powstawania planet, zderzając się i łącząc się w większe ciała na orbicie wokół gwiazdy. Astronomowie wierzą, że tam, gdzie jest odpowiednio zimno, aby woda zamarzła na ziarnach pyłu, wszystko łączy się razem bardziej efektywnie – to idealna miejscówka do powstawania planet. „Nasze wyniki pokazują, jak występowanie wody może wpływać na rozwój systemu planetarnego, podobnie jak to miało miejsce 4,5 miliarda lat temu w Układzie Słonecznym” dodaje Facchini.

Dzięki nastepującej modernizacji ALMA i nadchodzącemu w ciągu tej dekady Ekstremalnie Wielkiemu Teleskopowi (ELT), lepiej zrozumiemy powstawanie planet i rolę jaką w tym odgrywa woda. W szczególności METIS, Mid-infrared ELT Imager and Spectrograph, da astronomom niepobite wgląd w wewnętrzne rejony dysków planetotwórczych, w których formują się planet takie jak Ziemia.

Uwagi

[1] Nowe obserwacje korzystały z pasma 5 i pasma 7 odbiorników ALMA. Pasma 5 i 7 były opracowane w Europie, odpowiednio w Chalmers/NOVA (Netherlands Research School for Astronomy) oraz IRAM (Institut de radioastronomie millimétrique), z udziałem ESO. Pasmo 5 rozszerza możliwości ALMA na nowy zakres częstotliwości w celu wykrywania i obrazowania wody w lokalnych Wszechświecie. W opisywanych badaniach zespół obserwował trzy linie widmowe wody w dwóch zakresach częstotliwości odbiorników, aby wykonać mapę gazu o różnych temperaturach w dysku.

Więcej informacji

Wyniki badań zaprezentowano w artykule pt. “Resolved ALMA observations of water in the inner astronomical units of the HL Tau disk”, który ukaże się w Nature Astronomy (doi:10.1038/s41550-024-02207-w).

Skład zespołu badawczego: S. Facchini (Dipartimento di Fisica, Università degli Studi di Milano, Italy), L. Testi (Dipartimento di Fisica e Astronomia “Augusto Righi”, Università di Bologna, Italy), E. Humphreys (European Southern Observatory, Germany, Joint ALMA Observatory, Chile; European Southern Observatory Vitacura, Chile), M. Vander Donckt (Space sciences, Technologies & Astrophysics Research (STAR) Institute, University of Liège, Belgium), A. Isella (Department of Physics and Astronomy, Rice University, USA [Rice]), R. Wrzosek (Rice), A. Baudry (Laboratoire d’Astrophysique de Bordeaux, Univ. de Bordeaux, CNRS, France), M. D. Gray (National Astronomical Research Institute of Thailand, Thailand), A. M. S. Richards (JBCA, University of Manchester, UK), W. Vlemmings (Department of Space, Earth and Environment, Chalmers University of Technology, Sweden).

Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) jest międzynarodowym kompleksem badawczym w ramach partnerstwa pomiędzy ESO, U.S. National Science Foundation (NSF) oraz National Institutes of Natural Sciences (NINS) of Japan, we współpracy z Chile. ALMA jest finansowana przez ESO w imieniu Krajów Członkowskich, przez NSF we współpracy z National Research Council of Canada (NRC) i National Science Council of Taiwan (NSC) oraz przez NINS we współpracy z Academia Sinica (AS) na Tajwanie i Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI). Budowa i zarządzanie ALMA są kierowane przez ESO w imieniu Krajów Członkowskich, przez National Radio Astronomy Observatory (NRAO), zarządzane przez Associated Universities, Inc. (AUI), w imieniu Ameryki Północnej oraz przez National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ) w imieniu Azji Wschodniej. Joint ALMA Observatory (JAO) umożliwia zunifikowane kierowanie i zarządzanie budową, testowaniem i działaniem ALMA. 

Linki

• Publikacja nukowa (preprint z roboczym tytułem)
• Zdjęcia ALMA
• Dowiedz się więcej o Ekstremalnie Wielkim Teleskopie (ELT) na dedykowanej stronie internetowej i w paczce prasowej
• Dla dziennikarzy: zasubskrybuj, aby otrzymywać w swoim języku nasze komunikaty z embargo medialnym
• Dla naukowców: jeśli masz ciekawy temat, zgłoś swoje badania

Kontakt

Stefano Facchini
University of Milan
Milan, Italy
Tel.: +39 02 503 17254
E-mail: stefano.facchini@unimi.it

Elizabeth Humphreys
European Southern Observatory
Garching bei München, Germany
Tel.: +49 89 3200 6541
E-mail: ehumphre@eso.org

Leonardo Testi
University of Bologna
Bologna, Italy
Tel.: +39 051 20 9 5763
E-mail: leonardo.testi@unibo.it

Mathieu Vander Donckt
University of Liege
Liege, Belgium
Tel.: +32 4 366 9721
E-mail: Mathieu.VanderDonckt@uliege.be

Wouter Vlemmings
Chalmers University of Technology
Gothenburg, Sweden
Tel.: +46 31 772 63 54
E-mail: wouter.vlemmings@chalmers.se

Bárbara Ferreira
ESO Media Manager
Garching bei München, Germany
Tel.: +49 89 3200 6670
Tel. kom.: +49 151 241 664 00
E-mail: press@eso.org

Krzysztof Czart (Kontakt dla mediów Polska)
Sieć Popularyzacji Nauki ESO oraz Urania - Postępy Astronomii
Toruń, Polska
Tel.: +48 513 733 282
E-mail: eson-poland@eso.org

Śledź ESO w mediach społecznościowych