Pressmeddelande

Astronomer identifierar vattnets ursprung på jorden

8 mars 2023, Skurup

Med hjälp av Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) har astronomer upptäckt vatten i gasform i den planetbildande skivan kring stjärnan V883 Orionis. Detta vatten bär på ett kemiskt fingeravtryck som visar vattnets resa från stjärnbildande gasmoln till planeter, och stödjer teorin att vattnet på jorden är äldre än solen.

“Vi kan nu spåra ursprunget till vattnet i solsystemet till en tidpunkt före solens bildande” säger John J. Tobin, astronom vid National radio Astronomy Observatory i USA och försteförfattare till den studie som har publicerats i dag i Nature.

 

Upptäckten gjordes genom att undersöka sammansättningen på vattnet i V883 Orionis, en planetbildande skiva på 1 300 ljusårs avstånd i stjärnbilden Orion. När ett gas- och stoftmoln kollapsar bildas en stjärna i dess centrum och en skiva med material runt stjärnan. Under loppet av några miljoner år kommer materialet i skivan att samla sig till kometer, asteroider och slutligen planeter. Tobin och hans forskarlag använde ALMA, där Europeiska sydobservatoriet (ESO) är en partner, för att observera den kemiska signaturen hos vattnet och på så sätt dess väg från stjärnbildande moln till planeter.

 

Vatten består vanligen av en syreatom och två väteatomer. Tobins forskarlag studerade en tyngre variant av vatten där en av väteatomerna har ersatts med deuterium – en tung isotop av väte. Eftersom vanligt och tungt vatten bildas under olika förutsättningar kan deras relativa halt användas för att spåra när och var vattnet har bildats. Exempelvis har vissa kometer i solsystemet en relativ halt som är lik vattnet på jorden, vilket indikerar att kometerna kan ha fört vatten till jorden.

 

Vattnets resa från gasmoln till unga stjärnor, och därefter från kometer till planeter, har observerats tidigare, men hittills har länken mellan unga stjärnor och kometer saknats. “V883 Orionis är den saknade länken i detta fall” säger Tobin. “Sammansättningen av vattnet i skívan är mycket lik den hos kometer i vårt eget solsystem. Detta bekräftar teorin att vattnet i planetsystem bildades i den interstellära rymden för miljarder år sedan, innan solen bildades, och har ärvts av både kometerna och jorden utan att påverkas nämnvärt.

 

Men att observera detta vatten visade sig vara svårt. “Det mesta vattnet i en planetbildande skiva är frusen is vilket försvårar studiet av dess egenskaper” säger medförfattaren Margot Leemker, doktorand vid Leidenobservatoriet i Nederländerna. Gasformigt vatten kan detekteras tack vare strålningen som sänds ut av de roterande och vibrerande molekylerna, men detektionen är betydligt svårare när molekylerna är fastlåsta i vattenis och deras rörelse är begränsad. Gasformigt vatten finns i centrum av skivan där det är varmare, nära stjärnan.  Men detta område skyms av skivans eget stoft och är dessutom för litet för att kunna avbildas med dagens teleskop.

 

V883 Orionis visade sig dock i en studie nyligen vara ovanligt het, för närvarande 200 gånger ljusstarkare än solen. Detta stora energiflöde, som beror på ett pågående utbrott hos stjärnan, värmer skivan “till en temperatur där vatten inte längre finns i isform utan som gas, vilket gör det möjligt för oss att detektera den” förklarar Tobin.

 

Den svenske astronomen Magnus Persson forskade på Onsala rymdobservatorium vid Chalmers tekniska högskola när han deltog i forskningsprojektet: Han säger: "Det har tagit lång tid att få till de här resultaten. Det var lite mer än sex år sedan vi kläckte idén till projektet, och ihärdigheten har nu gett resultat. Jätteroligt och häftigt att äntligen kunna lägga ytterligare en pusselbit i förståelsen av vattnets väg från kalla gas- och stoftmoln till kometer och slutligen ytan på planeter."

 

Forskarna använde ALMA, ett nätverk med radioteleskop i norra Chile, för att observera det gasformiga vattnet i V883 Orionis. Tack vare ALMA:s höga känslighet och möjlighet att upplösa små detaljer kunde de både detektera vattnet och mäta dess sammansättning, men också kartlägga dess fördelning i skivan. Från observationerna drog de slutsatsen att skivan innehåller minst 1200 gånger mer vatten än i jordens oceaner.

 

I framtiden hoppas astronomerna kunna studera systemet närmare med ESO:s kommande Extremely Large Telescope (ELT) och dess första generations-instrument METIS, som är känsligt för infraröda våglängder. METIS kommer att kunna studera gasfasen i denna typ av skivor och stärka länken mellan vattnet i stjärnbildande moln och planetsystem. “Detta kommer att ge oss en mer komplett bild av is och gas i planetbildande skivor” avslutar Leemker.

Mer information

Forskningsresultaten presenteras i artikeln “Deuterium-enriched water ties planet-forming disks to comets and protostars” (doi: 10.1038/s41586-022-05676-z) i tidskriften Nature.

 

Forskarlaget består av John J. Tobin (National Radio Astronomy Observatory, USA), Merel L. R. van’t Hoff (Department of Astronomy, University of Michigan, USA), Margot Leemker (Leiden Observatory, Leiden University, Nederländerna [Leiden]) , Ewine F. van Dishoeck (Leiden), Teresa Paneque-Carreño (Leiden; European Southern Observatory, Tyskland), Kenji Furuya (National Astronomical Observatory of Japan, Japan), Daniel Harsono (Institute of Astronomy, National Tsing Hua University, Taiwan), Magnus V. Persson (Department of Space, Earth and Environment, Chalmers University of Technology, Onsala Space Observatory, Sverige), L. Ilsedore Cleeves (Department of Astronomy, University of Virginia, USA), Patrick D. Sheehan (Center for Interdisciplinary Exploration and Research in Astronomy, Northwestern University, USA) och Lucas Cieza (Núcleo de Astronomía, Facultad de Ingeniería, Millennium Nucleus on Young Exoplanets and their Moons, Universidad Diego Portales, Chile).

 

Europeiska sydobservatoriet (ESO) möjliggör för astronomer världen över att utforska universums mysterier. Vi designar, konstruerar och driver markbaserade observatorier av yppersta världsklass – som astronomer använder för att besvara spännande och utmanande frågor och för att sprida astronomisk kunskap – och driver internationella samarbeten inom astronomin. ESO startade som en mellanstatlig organisation 1962 och har i dag 16 medlemsländer (Belgien, Danmark, Finland, Frankrike, Irland, Italien, Nederländerna, Polen, Portugal, Schweiz, Spanien, Storbritannien, Sverige, Tjeckien, Tyskland och Österrike), tillsammans med Chile som värdland och Australien som en strategisk partner. ESO:s högkvarter och besökscenter med planetarium, ESO Supernova, ligger nära München i Tyskland, medan teleskopen är placerade i Atacamaöknen i Chile, en unik plats för astronomiska observationer. ESO driver tre observatorier i Chile: La Silla, Paranal och Chajnantor. Vid Paranal finns Very Large Telescope och Very Large Telescope Interferometer, liksom kartläggningsteleskop som VISTA. Vid Paranal kommer även ESO att placera och driva Cherenkov Telescope Array South, världens största och känsligaste gammastrålningsteleskop. Tillsammans med internationella partners driver ESO de två anläggningarna APEX och ALMA på Chajnantorplatån som observerar himlen i millimeter- och submillimetervåglängder. Vid Cerro Armazones, nära Paranal, bygger vi för närvarande ESO:s Extremely Large Telescope, ”världens största öga mot himlen”. Från kontoret i Santiago, Chile, stödjer vi verksamheten i landet och samverkar med det chilenska samhället och våra samarbetspartners.

Länkar

• Forskningsartikel
• Foton av ALMA
• För journalister: Prenumerera på pressmeddelanden under embargo på svenska
• För astronomer: Berätta om din forskning!

 

 

Kontakter

John J. Tobin
National Radio Astronomy Observatory
Charlottesville, USA
E-post: jtobin@nrao.edu

Margot Leemker
Leiden Observatory
Leiden, the Netherlands
E-post: leemker@strw.leidenuniv.nl

Juan Carlos Muñoz Mateos
ESO Media Officer
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 3200 6176
E-post: press@eso.org

Johan Warell (Presskontakt för Sverige)
ESO:s nätverk för vetenskaplig kommunikation
Skurup, Sverige
Tel: +46-706-494731
E-post: eson-sweden@eso.org

Connect with ESO on social media

Detta är den översatta versionen av ESO:s pressmeddelande eso2302 som har tagits fram inom ESON, ett nätverk av medarbetare i ESO:s medlemsländer. ESON-representanterna fungerar som lokala kontaktpersoner för media i samband med ESO:s pressmeddelanden och andra händelser. ESON:s kontaktperson i Sverige är Johan Warell.