Astronomové nalezli chybějící článek přenosu vody v planetárních systémech

Tisková zpráva ESO2302 - 8. března 2023

„Nyní můžeme vystopovat původ vody v naší Sluneční soustavě až do období před vznikem Slunce,“ říká astronom John J. Tobin (National Radio Astronomy Observatory, USA), vedoucí autor studie, která byla publikována v časopise Nature.  

Objev byl učiněn při studiu složení vody v protoplanetárním disku kolem hvězdy V883 Orionis, která se nachází ve vzdálenosti asi 1300 světelných let od Slunce. Když dojde ke gravitačnímu kolapsu oblaku plynu a prachu, vzniká v jeho centru hvězda. Hmota kolem ní se zformuje do podoby disku a drobné částice v něm se po několik milionů let shlukují do větších objektů – komet, planetek a následně planet. John Tobin a jeho tým využil radioteleskop ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), jehož evropským partnerem je ESO, k pozorování známek přítomnosti vody a sledování její cesty z oblaku mezihvězdné hmoty až na povrch planet.      

Molekula vody je obvykle složena z jednoho atomu kyslíku a dvou atomů vodíku. Členové tohoto týmu však zkoumali takzvanou těžkou vodu – variantu molekuly vody, kde je jeden z vodíkových atomů nahrazen deuteriem (těžším izotopem vodíku, který v jádře obsahuje také jeden neutron). Protože běžná a těžká voda vznikají za odlišných podmínek, může být poměrné zastoupení těchto molekul využito ke zjištění, kdy a kde molekuly vznikly. Například se ukázalo, že tento poměr je u některých komet ve Sluneční soustavě podobný jako u vody na Zemi, což naznačuje, že komety mohly být významným zdrojem vody na naší planetě.     

Pouť vody z mezihvězdných oblaků hmoty přes jádra komet až na povrch planet byla již v minulosti zkoumána, ale až dosud vědcům scházelo pojítko mezi mladými hvězdami a kometami. „Tento chybějící článek jsme nalezli u V883 Orionis,“ říká John Tobin. „Složení vody v disku je velmi podobné kometám v naší Sluneční soustavě. To potvrzuje domněnku, že voda v planetárních systémech vznikla v mezihvězdném prostoru před miliardami let, ještě dříve než Slunce, a komety i Země ji získaly, aniž by se při tom výrazně změnila.“ 

Ukázalo se však, že pozorovat vodu je obtížné: „Většina vody v discích se vznikajícími planetami je zmrzlá do podoby ledu, takže je obvykle našemu pohledu skryta,“ vysvětluje spoluautorka práce Margot Leemker (studující PhD na Leiden Observatory, Nizozemí). Vodu v plynném stavu je možné detekovat díky záření, které molekuly emitují při přechodu mezi různými vibračními a rotačními stavy, což je ale komplikovanější, pokud je voda zmrzlá, protože pohyb molekul je více omezen. Vodní pára se může nacházet jen v centru disku poblíž hvězdy, kde je tepleji. Tyto blízké oblasti jsou však zakryty samotným prachovým diskem a jsou také příliš malé na to, abychom je zobrazili našimi současnými teleskopy.

Vědci však měli štěstí, nedávná studie totiž ukázala, že disk kolem V883 Orionis je neobvykle horký. „Dramatické zjasnění hvězdy disk zahřívá až na teploty, při kterých již voda nemůže být ve formě ledu, ale stane se z ní plyn, což nám umožní ji detekovat,“ doplňuje John Tobin.

Členové týmu využili pole radioteleskopů ALMA pracující v severním Chile k pozorování vodní páry v okolí hvězdy V883 Orionis. Citlivost tohoto zařízení a schopnost rozlišit drobné detaily umožnily vědcům nejen detekovat vodu a určit její složení, ale také zmapovat její rozložení v rámci disku. Z pozorování zjistili, že tento disk obsahuje přinejmenším 1200krát více vody, než je obsaženo v oceánech na Zemi. 

Členové týmu doufají, že budou v budoucnu moci ke svému výzkumu využít připravovaný dalekohled ESO/ELT (Extremely Large Telescope). Přístroj první generace METIS pro střední infračervené pásmo bude schopen rozlišit vodu v plynném skupenství u tohoto typu disků. Dále tak rozšíří naši znalost cesty vody od oblaků mezihvězdné hmoty, ve kterých vznikají hvězdy, až do planetárních soustav. „To nám poskytne mnohem úplnější pohled na led a vodní páru v discích, ve kterých se formují planety,“ uzavírá Margot Leemker.

Poznámky

Výzkum byl prezentován v článku „Deuterium-enriched water ties planet-forming disks to comets and protostars“, který byl publikován v časopise Nature (doi: 10.1038/s41586-022-05676-z). 

Složení týmu: 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, Nizozemí [Leiden]) , Ewine F. van Dishoeck (Leiden), Teresa Paneque-Carreño (Leiden; European Southern Observatory, Německo), Kenji Furuya (National Astronomical Observatory of Japan, Japonsko), Daniel Harsono (Institute of Astronomy, National Tsing Hua University, Tajvan), Magnus V. Persson (Department of Space, Earth and Environment, Chalmers University of Technology, Onsala Space Observatory, Švédsko), L. Ilsedore Cleeves (Department of Astronomy, University of Virginia, USA), Patrick D. Sheehan (Center for Interdisciplinary Exploration and Research in Astronomy, Northwestern University, USA) a Lucas Cieza (Núcleo de Astronomía, Facultad de Ingeniería, Millennium Nucleus on Young Exoplanets and their Moons, Universidad Diego Portales, Chile).

Evropská jižní observatoř (ESO) umožňuje vědcům z celého světa objevovat tajemství vesmíru ku prospěchu všech. Navrhujeme, stavíme a provozujeme pozemní observatoře světové úrovně, které astronomové využívají k řešení vzrušujících otázek a šíření fascinace astronomií. Podporujeme mezinárodní spolupráci v astronomii. ESO byla založena jako mezivládní organizace v roce 1962 a dnes ji tvoří 16 členských států – Belgie, Česko, Dánsko, Finsko, Francie, Irsko, Itálie, Německo, Nizozemsko, Portugalsko, Rakousko, Španělsko, Švédsko, Švýcarsko, Velká Británie – a dvojice strategických partnerů – Chile, která hostí všechny observatoře ESO, a Austrálie. Ústředí ESO, návštěvnické centrum a planetárium ESO Supernova se nachází v blízkosti Mnichova v Německu, zatímco chilská poušť Atacama, úžasné místo s jedinečnými podmínkami pro pozorování oblohy, hostí naše dalekohledy. ESO provozuje tři observatoře: La Silla, Paranal a Chajnantor. Na hoře Paranal jsou to dalekohled VLT (Very Large Telescope) a interferometr VLTI (Very Large Telescope Interferometer), stejně jako dva přehlídkové teleskopy – VISTA pracující v infračervené oblasti a VST (VLT Survey Telescope) pro viditelné světlo. Na Observatoři Paranal bude ESO také hostit a provozovat pole teleskopů CTAS (Cherenkov Telesope Array South) pro detekci Čerenkovova záření v atmosféře – největší a nejcitlivější observatoř gama záření na světě. Společně s mezinárodními partnery provozuje ESO teleskopy pro milimetrovou a submilimetrovou oblast APEX a ALMA pracující na planině Chajnantor. Na hoře Cerro Armazones poblíž Paranalu stavíme nový dalekohled ELT (Extrémně velký dalekohled, Extremly Large Telescope) s primárním zrcadlem o průměru 39 m, který se stane „největším okem lidstva hledícím do vesmíru“. Z našich kanceláří v Santiagu řídíme naši činnost v Chile a spolupráci s místními partnery a veřejností.

Odkazy

• vědecký článek
• snímky radioteleskopu ALMA
• pro novináře: tiskové zprávy pod embargem ve vašem jazyce (REGISTRACE)
• pro vědce: váš článek v tiskové zprávě ESO

Kontakty

Anežka Kabátová
národní kontakt
Astronomický ústav AV ČR
Email: eson-czech@eso.org

Jiří Srba
překlad
Email: eson-czech@eso.org

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

Margot Leemker
Leiden Observatory
Leiden, the Netherlands
Email: leemker@strw.leidenuniv.nl

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

Zdroje a doporučené odkazy:
[1] Tisková zpráva ESO2302 - 8. března 2023