Bu sanatçının izlenimi, V883 Orionis yıldızının etrafındaki gezegen oluşturan diski gösteriyor. Diskin en dış kısmında su buz gibi donar ve bu nedenle kolayca tespit edilemez. Yıldızdan gelen bir enerji patlaması, iç diski suyun gaz olduğu bir sıcaklığa ısıtır ve gökbilimcilerin onu tespit etmesini sağlar.
Ek görüntü, bu diskte incelenen iki tür su molekülünü göstermektedir: bir oksijen atomu ve iki hidrojen atomu içeren normal su ve bir hidrojen atomunun, hidrojenin ağır bir izotopu olan döteryum ile değiştirildiği daha ağır bir versiyon.
Kredi: ESO/L. Calçada
Atacama Büyük Milimetre/milimetre-altı Dizisini Kullanma ([{” attribute=””>ALMA), astronomers have detected gaseous water in the planet-forming disc around the star V883 Orionis. This water carries a chemical signature that explains the journey of water from star-forming gas clouds to planets, and supports the idea that water on Earth is even older than our Sun.
“We can now trace the origins of water in our Solar System to before the formation of the Sun,” says John J. Tobin, an astronomer at the National Radio Astronomy Observatory (NRAO), USA and lead author of the study published today (March 8) in the journal Nature.
Bu keşif, Dünya’dan yaklaşık 1300 ışıkyılı uzaklıkta gezegen oluşturan bir disk olan V883 Orionis’teki suyun bileşimini inceleyerek yapıldı. Bir gaz ve toz bulutu çöktüğünde merkezinde bir yıldız oluşturur. Yıldızın çevresinde buluttan gelen malzeme de bir disk oluşturur. Birkaç milyon yıl boyunca, diskteki madde bir araya gelerek kuyruklu yıldızları, asteroitleri ve sonunda gezegenleri oluşturur. Tobin ve ekibi, suyun kimyasal imzalarını ve yıldız oluşturan buluttan gezegenlere giden yolunu ölçmek için Avrupa Güney Gözlemevi’nin (ESO) ortak olduğu ALMA’yı kullandı.
Suyun (solda, turuncu), tozun (ortada, yeşil) ve karbon monoksitin (mavi, sağda) uzamsal dağılımını gösteren, V883 Orionis yıldızının etrafındaki diskin ALMA görüntüleri. Su, karbon monoksitten daha yüksek sıcaklıklarda donduğundan, yalnızca yıldıza daha yakın gaz halinde tespit edilebilir. Su ve karbon monoksit görüntülerindeki belirgin boşluk, aslında gazın emisyonunu azaltan tozun parlak emisyonundan kaynaklanmaktadır. Kredi: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), J. Tobin, B. Saxton (NRAO/AUI/NSF)
Su genellikle bir oksijenden oluşur[{” attribute=””>atom and two hydrogen atoms. Tobin’s team studied a slightly heavier version of water where one of the hydrogen atoms is replaced with deuterium — a heavy isotope of hydrogen. Because simple and heavy water form under different conditions, their ratio can be used to trace when and where the water was formed. For instance, this ratio in some Solar System comets has been shown to be similar to that in water on Earth, suggesting that comets might have delivered water to Earth.
This diagram illustrates how a cloud of gas collapses to form a star with a disc around it, out of which a planetary system will eventually form. Credit: ESO/L. Calçada
The journey of water from clouds to young stars, and then later from comets to planets has previously been observed, but until now the link between the young stars and comets was missing. “V883 Orionis is the missing link in this case,” says Tobin. “The composition of the water in the disc is very similar to that of comets in our own Solar System. This is confirmation of the idea that the water in planetary systems formed billions of years ago, before the Sun, in interstellar space, and has been inherited by both comets and Earth, relatively unchanged.”
Genç yıldız V883 Orionis’e yakınlaştırma. Bu yıldız şu anda patlama halinde, bu da su kar çizgisini yıldızdan daha da uzaklaştırdı ve ALMA ile ilk kez tespit edilmesini sağladı.
Ancak suyu gözlemlemenin zor olduğu ortaya çıktı. Hollanda’daki Leiden Gözlemevi’nde doktora öğrencisi olan eş-yazar Margot Leemker, “Gezegen oluşturan disklerdeki suyun çoğu buz gibi donmuştur, bu nedenle genellikle bizim görüşümüzden gizlenir,” diyor. Moleküller dönerken ve titrerken yaydıkları radyasyon sayesinde gaz halindeki su tespit edilebilir, ancak bu, moleküllerin hareketinin daha kısıtlı olduğu su donduğunda daha karmaşıktır. Gazlı su, disklerin merkezine doğru, daha sıcak olduğu yıldıza yakın bir yerde bulunabilir. Ancak, bu yakın bölgeler toz diskinin kendisi tarafından gizlenmiştir ve ayrıca teleskoplarımızla görüntülenemeyecek kadar küçüktür.
Neyse ki, yakın zamanda yapılan bir çalışmada V883 Orionis diskinin alışılmadık derecede sıcak olduğu gösterildi. Tobin, yıldızdan gelen dramatik bir enerji patlamasının diski “suyun artık buz değil, gaz halinde olduğu bir sıcaklığa kadar ısıtarak onu tespit etmemizi sağlıyor” diyor.
Bu sanatçının izlenimi, V883 Orionis yıldızının etrafındaki gezegen oluşturan diski gösteriyor. Diskin en dış kısmında su buz gibi donar ve bu nedenle kolayca tespit edilemez. Yıldızdan gelen bir enerji patlaması, iç diski suyun gaz olduğu bir sıcaklığa ısıtır ve gökbilimcilerin onu tespit etmesini sağlar. Kredi: ESO/L. Calçada
Ekip, V883 Orionis’teki gazlı suyu gözlemlemek için kuzey Şili’deki bir dizi radyo teleskopu olan ALMA’yı kullandı. Hassasiyeti ve küçük ayrıntıları ayırt etme yeteneği sayesinde, hem suyu tespit edebildiler hem de bileşimini belirleyebildiler ve disk içindeki dağılımının haritasını çıkardılar. Gözlemlerden, bu diskin tüm Dünya okyanuslarındakinden en az 1200 kat daha fazla su içerdiğini buldular.
Gelecekte, kullanmayı umuyorlar[{” attribute=””>ESO’s upcoming Extremely Large Telescope and its first-generation instrument METIS. This mid-infrared instrument will be able to resolve the gas-phase of water in these types of discs, strengthening the link of water’s path all the way from star-forming clouds to solar systems. ”This will give us a much more complete view of the ice and gas in planet-forming discs,” concludes Leemker.
This chart shows the location of the young star V883 Orionis in the famous constellation of Orion. Most of the stars visible to the naked eye on a clear dark night are plotted. The location of V833 Orionis is marked with a red circle. This star is very faint and needs a large amateur telescope to be seen visually. It is very close in the sky, and physically associated with, the huge and brilliant Orion Nebula just to the northwest. Credit: ESO/IAU and Sky & Telescope
Reference: “Deuterium-enriched water ties planet-forming disks to comets and protostars” 8 March 2023, Nature.
DOI: 10.1038/s41586-022-05676-z
The team is composed of 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, the Netherlands [Leiden]), Ewine F. van Dishoeck (Leiden), Teresa Paneque-Carreño (Leiden; Avrupa Güney Gözlemevi, Almanya), Kenji Furuya (Japonya Ulusal Astronomik Gözlemevi, Japonya), Daniel Harsono (Astronomi Enstitüsü, Ulusal Tsing Hua Üniversitesi, Tayvan ), Magnus V. Persson (Uzay, Dünya ve Çevre Bakanlığı, Chalmers Teknoloji ÜniversitesiOnsala Uzay Gözlemevi, İsveç), L. Ilsedore Cleeves (Astronomi Bölümü, Virginia Üniversitesi, ABD), Patrick D. Sheehan (Astronomide Disiplinlerarası Keşif ve Araştırma Merkezi, kuzeybatı ÜniversitesiABD) ve Lucas Cieza (Núcleo de Astronomía, Facultad de Ingeniería, Millennium Nucleus on Young Exoplanets and its Moons, Universidad Diego Portales, Şili).