Η πρώτη ανίχνευση βαρέος νερού σε έναν πλανητογόνο δίσκο γύρω από ένα νεαρό άστρο αποτελεί σαφή ένδειξη ότι το νερό προϋπήρχε του ίδιου του άστρου – και φαίνεται πως προήλθε από το ψυχρό, σκοτεινό μοριακό νέφος που γέννησε το άστρο.
Οι επιστήμονες εντόπισαν το βαρύ νερό στον δίσκο αερίου και σκόνης γύρω από το νεαρό άστρο V883 Orionis, χρησιμοποιώντας το ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), ένα δίκτυο 66 ραδιοτηλεσκοπίων στη Χιλή. Το V883 Ori βρίσκεται σε απόσταση περίπου 1.350 ετών φωτός και αποτελεί μέλος ενός σμήνους άστρων που γεννήθηκαν μέσα στην περίφημη Νεφέλη του Ωρίωνα.
Τι είναι το βαρύ νερό
Το κοινό νερό αποτελείται από δύο άτομα υδρογόνου και ένα άτομο οξυγόνου. Το υδρογόνο συνήθως έχει έναν πρωτόνιο στον πυρήνα του, αλλά σε ορισμένα άτομα προστίθεται και ένα νετρόνιο. Τα άτομα αυτά ονομάζονται ισότοπα του υδρογόνου, και το συγκεκριμένο ισότοπο με ένα νετρόνιο είναι γνωστό ως δευτέριο.
Το βαρύ νερό προκύπτει όταν τα δύο κανονικά άτομα υδρογόνου αντικαθίστανται από δύο άτομα δευτερίου, αυξάνοντας έτσι τη μάζα του μορίου. Το βαρύ νερό υπάρχει και στο Ηλιακό μας Σύστημα, π.χ. στους κομήτες και η αναλογία του σε σχέση με το κανονικό νερό μπορεί να αποκαλύψει πώς σχηματίστηκαν αυτά τα ουράνια σώματα.
Η ανακάλυψη γύρω από το V883 Orionis
«Μέχρι τώρα, δεν ήμασταν σίγουροι αν το περισσότερο νερό στους κομήτες και στους πλανήτες σχηματίστηκε εκ νέου σε νεαρούς δίσκους όπως αυτόν του V883 Ori, ή αν είναι αρχέγονο, προερχόμενο από αρχαία διαστρικά νέφη», δήλωσε ο John Tobin από το National Radio Astronomy Observatory των Ηνωμένων Πολιτειών.
Οι παρατηρήσεις του ALMA έδωσαν την απάντηση. Τα βίαια σοκ και οι εκρήξεις που προέρχονται από νεαρά άστρα καταστρέφουν το βαρύ νερό μέσα στον δίσκο, αναγκάζοντάς το να ανασχηματιστεί ως κανονικό νερό. Αν αυτό είχε συμβεί γύρω από το V883 Ori, η αναλογία βαρέος προς κανονικό νερό θα ήταν χαμηλή – όπως παρατηρείται στο Ηλιακό Σύστημα.
Αντίθετα όμως, η αναλογία που μετρήθηκε από το ALMA είναι ίδια με αυτή που παρατηρείται στα ψυχρά μοριακά νέφη πριν καν σχηματιστούν άστρα ή πλανήτες – περίπου 100 φορές μεγαλύτερη από ό,τι θα ήταν αν το νερό είχε καταστραφεί και ανασχηματιστεί.
Απόδειξη αρχέγονης προέλευσης του νερού
«Η ανίχνευσή μας αποδεικνύει αδιαμφισβήτητα ότι το νερό που βλέπουμε σε αυτόν τον πλανητογόνο δίσκο είναι αρχαιότερο από το ίδιο το άστρο, σχηματισμένο στα πρώτα στάδια δημιουργίας άστρων και πλανητών», δήλωσε η Margot Leemker του Πανεπιστημίου του Μιλάνου, επικεφαλής της μελέτης.
«Αυτό αποτελεί ένα σημαντικό ορόσημο στην κατανόηση του ταξιδιού του νερού μέσα από τη διαδικασία σχηματισμού πλανητών και εξηγεί πώς έφτασε μέχρι το Ηλιακό μας Σύστημα – και πιθανόν στη Γη – μέσω παρόμοιων μηχανισμών».
Με άλλα λόγια, το νερό είναι αρχαιότερο από το άστρο, ίσως και δισεκατομμυρίων ετών, έχοντας παραμείνει παγωμένο μέσα στο μοριακό νέφος που τελικά κατέρρευσε για να σχηματίσει το Νεφέλωμα του Ωρίωνα.
Το V883 Ori είναι μόλις μισό εκατομμύριο ετών, και το νερό στον πλανητογόνο του δίσκο ανιχνεύτηκε πρώτη φορά το 2023. Αν και δεν έχουν εντοπιστεί ακόμα πλανήτες, οποιοιδήποτε κομήτες σχηματίστηκαν ήδη εκεί θα έχουν την ίδια υψηλή αναλογία βαρέος νερού. Λόγω της νεότητας του άστρου, δεν έχει υπάρξει αρκετός χρόνος για να ανακυκλωθεί το νερό μέσω θέρμανσης, αν και έχουν ήδη παρατηρηθεί εκρήξεις του άστρου – όπως εκείνη του 2016, όταν το ALMA κατέγραψε την επίδρασή της στη «γραμμή χιονιού» του δίσκου, όπου το νερό μετατρέπεται από ατμό σε πάγο.
«Η ανίχνευση του βαρέος νερού αποδεικνύει την αρχαία καταγωγή του και παρέχει τον χαμένο κρίκο μεταξύ των **νεφών, των δίσκων, των κομητών και τελικά των πλανητών»», πρόσθεσε ο Tobin. «Αυτό είναι η πρώτη άμεση απόδειξη του διαστρικού ταξιδιού του νερού – από τα νέφη μέχρι τα υλικά που σχηματίζουν πλανητικά συστήματα – χωρίς να έχει αλλοιωθεί καθόλου.»
Τα αποτελέσματα της έρευνας δημοσιεύθηκαν στις 15 Οκτωβρίου στο περιοδικό Nature Astronomy.
