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太阳系中的水,可能比太阳本身还古老

来源:晰数塔互联网快讯 时间:2023年03月21日 07:58

本文来自微信公众号:原理 (ID:principia1687),作者:不二北斗,题图来自:IC photo

水,是地球生命赖以生存的重要源泉。与此同时,水对于恒星和行星的形成,也至关重要。

在一项新发表于《自然》杂志的研究中,科学家利用阿塔卡马大型毫米/亚毫米波阵(ALMA),在我们附近的猎户V883的星周盘中,发现了水的存在。

难以探测的水

当气体和尘埃云坍缩时,它的中心会形成一颗原恒星。在原恒星周围,来自云中的物质会形成一个星周盘。在几百万年的时间里,星周盘中的物质会聚集在一起,形成彗星、小行星,以及行星。

气体和尘埃云坍缩,最终形成行星系统。(图/ESO/L. Calçada)

想要在原恒星周围的星周盘中寻找水的踪迹,是件非常棘手的事。因为在大多数的星周盘中,水都是以冰的形式存在的,难以被探测。

相比之下,气态水更容易被探测,因为气态分子在旋转和振动时可以发出辐射;而固态形式下的被冻结的水分子,其运动更受限制,使探测也更加困难。

一般来说,气态水可以在离星周盘中心很近的地方找到,因为那里更温暖。然而,这些区域通常又会被尘埃盘所隐藏,难以被望远镜观测到。

寻找雪线

当科学家想要观测原恒星中的水时,他们会寻找所谓的雪线(或冰线)。这条线标志着水从主要是冰转为气体的位置。

这张图片显示了原恒星的雪线。年轻恒星的爆发会将雪线推移到离恒星更远的地方。(图/ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/L. Cieza)

如果雪线距离原恒星太近,就没有足够多可以被轻易探测到的气态水,而且充满尘埃的星周盘可能会阻隔掉大量的水的辐射。但如果雪线位于离原恒星较远的地方,那么就有足够多可以被探测到的气态水。

猎户V883的情况正是如此。猎户V883是一个原恒星系统,距离地球约1305光年之远。它有着很大的星周盘,其雪线从恒星延伸到80AU的距离外,也就是80倍日地距离。而与此同时,它的温度又足够高,可以让星周盘中的大部分冰冰变成气体。

位于猎户座的原恒星猎户V883。(图/IAU/Sky & Telescope)

H₂O : HDO

水通常由一个氧原子和两个氢原子(H₂O)组成。这次,天文学家研究了一种稍微重一点的水(HDO)的形式,这种水中的一个氢原子会被氘(D,氢的一种重同位素)所取代。

该艺术构想图勾勒了猎户V883与它的最外层的水被冻结成冰的星周盘,中间部分代表的是恒星爆发巨大的能量,将星周盘内部的水加热到气态。图中图代表了星周盘中的水。(图/ESO/L. Calçada)

H₂O和HDO是在不同的条件下形成的,二者之比,或者说氢和氘之比可被用来追踪水的形成时间和地点。例如,在太阳系中,一些的彗星上的水的氢和氘之比,与地球上的水的氢和氘之比相似,这表明彗星可能曾向地球输送过水。

利用ALMA的射电望远镜,科学家对这颗原恒星进行了观测(如下图)。他们观测到了水(橙色)、连续的尘埃介质(绿色)和分子气体(蓝色),并发现那里的水与太阳系中的水,具有相似的氘和氢之比。

因为与一氧化碳相比,水在更高的温度下结冰,所以它只能在离恒星更近的地方以气态的形式被检测到。水和一氧化碳在成像上的明显差距,实际上是由于尘埃发出的明亮辐射造成的,它会减弱气体的发射。(图/ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), J. Tobin, B. Saxton (NRAO/AUI/NSF))

相似的起源‍

在这项最新发现之前,科学家可以将地球与彗星联系起来,将原恒星与星际介质联系起来,唯独没能将原恒星与彗星联系起来。猎户V883改变了这一点。

在新的论文中,研究人员总结道,他们认为星周盘直接从恒星形成的云中“继承”了这些水。接着,这些水与一些大型的冰质天体(比如彗星)结合,所以并没有发生实质性的化学变化。而星周盘中的水与太阳系中的彗星上的水非常相似,这证实了这样一种观点:我们太阳系中的水,可能与这颗原恒星的星周盘中的水一样,来自宇宙中的星际介质。换句话说,我们太阳系中的水,可能形成于太阳诞生的几十亿年之前。

参考来源

https://public.nrao.edu/news/water-v883-orionis/

https://www.eso.org/public/news/eso2302/

https://www.eso.org/public/news/eso1626/ 

本文来自微信公众号:原理 (ID:principia1687),作者:不二北斗

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