ALMA traça a história da água na formação do planeta até ao meio interestelar

Observações de água no disco que se forma em torno da protoestrela V883 Ori forneceram pistas sobre a formação de cometas e planetesimais em nosso próprio sistema solar.

Cientistas que estudam uma protoestrela próxima detectaram a presença de água em seu disco circunstelar. As novas observações, feitas com o Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), marcam a primeira evidência de que a água é herdada em um disco protoplanetário sem alterar significativamente sua composição. Esses resultados sugerem ainda que a água em nosso sistema solar se formou bilhões de anos antes do sol. As novas observações foram publicadas na revista em 8 de março. Natureza.

V883 Orionis é uma protoestrela localizada a cerca de 1.305 anos-luz da Terra, na constelação de Orion. As novas observações desta protoestrela ajudaram os cientistas a encontrar uma provável ligação entre a água do meio interestelar e a água do nosso sistema solar, confirmando que têm uma composição semelhante.

“Podemos pensar no caminho da água pelo universo como uma trilha. Sabemos como são os pontos finais, que são água em planetas e cometas, mas queríamos rastrear essa trilha até as origens da água”, disse John Tobin, astrônomo do National Radio Astronomy Observatory (NRAO) da National Science Foundation. e o principal autor do novo artigo. “Até agora conseguimos conectar a Terra a cometas e protoestrelas ao meio interestelar, mas não conseguimos conectar protoestrelas a cometas. V883 Ori mudou isso e provou que as moléculas de água neste sistema e em nosso sistema solar têm uma proporção semelhante de deutério para hidrogênio.”

Usar[{” attribute=””>ALMA, astronomers have detected the chemical signature of gaseous water in the planet-forming disc V883 Orionis. This acts as a timestamp for the water’s formation, allowing us to trace its journey. Credit: ESO

Observing water in the circumstellar disks around protostars is difficult because in most systems water is present in the form of ice. When scientists observe protostars they’re looking for the water snow line or ice line, which is the place where water transitions from predominantly ice to gas, which radio astronomy can observe in detail. “If the snow line is located too close to the star, there isn’t enough gaseous water to be easily detectable and the dusty disk may block out a lot of the water emission. But if the snow line is located further from the star, there is sufficient gaseous water to be detectable, and that’s the case with V883 Ori,” said Tobin, who added that the unique state of the protostar is what made this project possible.

V883 Ori’s disk is quite massive and is just hot enough that the water in it has turned from ice to gas. That makes this protostar an ideal target for studying the growth and evolution of solar systems at radio wavelengths.

Na maioria das vezes, a água nos discos circunstelares que cercam as protoestrelas está na forma de gelo, às vezes se estendendo a grandes distâncias da estrela. No caso de V883 Ori, a linha de neve se estende a 80 UA da estrela; isso é 80 vezes a distância entre a Terra e o Sol, conforme mostrado nesta animação. Mas a temperatura em V883 Ori é alta o suficiente para que grande parte do gelo em seu disco se transforme em gás, permitindo que os radioastrônomos estudem essa água em detalhes. Novas observações com o Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) mostraram que a água no disco de V883 Ori tem a mesma composição básica que a água em objetos em nosso sistema solar. Isso sugere que a água em nosso próprio sistema solar se formou bilhões de anos antes do sol no meio interestelar. Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), J Tobin, B Saxton (NRAO/AUI/NSF)

“Esta observação ressalta as excelentes capacidades do instrumento ALMA em ajudar os astrônomos a estudar algo vital para a vida na Terra: a água”, disse Joe Pesce, oficial do programa NSF do ALMA. “Uma compreensão dos processos subjacentes importantes para nós na Terra que podem ser vistos em regiões mais distantes da galáxia também avança nosso conhecimento de como a natureza funciona em geral e quais processos tiveram que acontecer para que nosso sistema solar evoluísse para o que é. “poderia o que sabemos hoje.”

Para conectar a água no disco protoplanetário de V883 Ori à do nosso próprio sistema solar, a equipe mediu sua composição usando os receptores de banda 5 (1,6 mm) e banda 6 (1,3 mm) altamente sensíveis do ALMA e descobriu que ela permanece relativamente inalterada entre cada fase. da formação do sistema solar: protoestrela, disco protoplanetário e cometa. “Isso significa que a água em nosso sistema solar se formou muito antes do sol, planetas e cometas se formarem. Já sabíamos que há muito gelo de água no meio interestelar. Nossos resultados mostram que essa água foi incorporada diretamente ao sistema solar durante sua formação”, disse Merel van ‘t’ Hoff, astrônomo da Universidade de Michigan e coautor da publicação. “Isso é empolgante, pois sugere que outros sistemas planetários também deveriam ter recebido grandes quantidades de água.”

Esclarecer o papel da água na evolução de cometas e planetesimais é crucial para entender como nosso próprio sistema solar evoluiu. Embora se pense que o Sol se formou em um aglomerado estelar denso e V883 Ori esteja relativamente isolado sem estrelas próximas, os dois têm uma coisa importante em comum: ambos foram formados em nuvens moleculares gigantes.

“Sabe-se que a maior parte da água no meio interestelar se forma como gelo na superfície de pequenos grãos de poeira nas nuvens. À medida que essas nuvens colapsam sob sua própria gravidade e formam estrelas jovens, a água cai nos discos que as cercam. Eventualmente, os discos evoluem e os grãos de poeira gelada coagulam para formar um novo sistema solar com planetas e cometas”, disse Margot Leemker, astrônoma da Universidade de Leiden e coautora da publicação. “Mostramos que a água que se forma nas nuvens segue essa trilha quase inalterada. Então, quando olhamos para a água no disco V883 Ori, estamos essencialmente olhando para trás no tempo e vendo como era o nosso próprio sistema solar quando era muito mais jovem”.

Tobin acrescentou: “Até agora, a cadeia da água foi quebrada na evolução do nosso sistema solar. V883 Ori é o elo perdido neste caso, e agora temos uma cadeia ininterrupta na linha d’água de cometas e protoestrelas até o meio interestelar.”

Para obter mais informações sobre essa descoberta, consulte A água da Terra é ainda mais antiga que o nosso sol.

Referência: “A água enriquecida com deutério liga os discos de formação de planetas aos cometas e protoestrelas” por John J. Tobin, Merel LR van ‘t Hoff, Margot Leemker, Ewine F. van Dishoeck, Teresa Paneque-Carreño, Kenji Furuya, Daniel Harsono, Magnus V Persson, L Ilsedore Cleeves, Patrick D Sheehan e Lucas Cieza, 8 de março de 2023, Natureza.
DOI: 10.1038/s41586-022-05676-z