Woda ukryta w gwiezdnym pyle
Materia pomiędzy gwiazdami w galaktyce – w tak zwanym ośrodku międzygwiazdowym – składa się nie tylko z gazu, ale także z dużej ilości pyłu. W pewnym momencie w takim środowisku powstały gwiazdy i planety, ponieważ cząsteczki pyłu mogą się zlepiać i łączyć w ciała niebieskie. W tych cząsteczkach zachodzą również ważne procesy chemiczne, z których pojawiają się złożone organiczne – a być może także prebiotyczne – molekuły. Jednak aby te procesy były możliwe, musi być obecna woda. W szczególnie zimnych kosmicznych środowiskach woda występuje w postaci lodu. Jednak do tej pory związek między lodem i pyłem w tych rejonach kosmosu był niejasny. Zespół naukowców udowodnił, że cząsteczki pyłu i lód są zmieszane.
„Do tej pory nie wiedzieliśmy, czy lód jest fizycznie oddzielony od pyłu, czy też miesza się z pojedynczymi jego cząsteczkami. Porównaliśmy widma wytworzonych w laboratorium krzemianów, lodu wodnego i ich mieszanin z astronomicznymi widmami otoczek protogwiazdowych i dysków protoplanetarnych. Ustaliliśmy, że widma są zgodne, jeżeli pył krzemianowy i lód wodny zmieszają się w tych środowiskach” – wyjaśnia dr Alexey Potapov z Uniwersytetu w Jenie.
Astronomowie mogą uzyskać cenne informacje z tych danych. „Musimy zrozumieć różne warunki fizyczne w różnych środowiskach astronomicznych, aby ulepszyć modelowanie procesów fizykochemicznych w kosmosie” – mówi Potapov. Wyniki te umożliwiłyby badaczom lepsze oszacowanie ilości materii i dokładniejsze oszacowanie dotyczące temperatur w różnych regionach ośrodków międzygwiazdowych i okołogwiazdowych.
Dzięki eksperymentom i porównaniom naukowcy z Uniwersytetu w Jenie zaobserwowali również, co dzieje się z wodą, gdy temperatura wzrasta, a lód opuszcza ciało stałe, z którym jest związany i przechodzi w fazę gazową przy temperaturze około 180 Kelwinów (-93o Celsjusza).
Niektóre cząsteczki wody są tak silnie związane z krzemianem, że pozostają na powierzchni lub wewnątrz cząsteczek pyłu. Naukowcy podejrzewają, że taka „uwięziona woda” istnieje również na lub w cząsteczkach pyłu w kosmosie. A przynajmniej tak sugeruje porównanie widm uzyskanych z eksperymentów laboratoryjnych i widm w tak zwanym rozproszonym środowisku międzygwiazdowym. Badacze znaleźli wyraźne oznaki, że istnieją tam uwięzione cząsteczki wody.
Istnienie takiej wody w stanie stałym sugeruje, że na cząsteczkach pyłu w rozproszonym ośrodku międzygwiazdowym mogą być również obecne złożone cząsteczki. Jeżeli na takich cząsteczkach obecna jest woda, droga do złożonych cząsteczek organicznych nie jest długa. Dzieje się tak dlatego, że cząsteczki pyłu zwykle składają się między innymi z węgla, który w połączeniu z wodą i pod wpływem promieniowania UV, takiego jak występujące w takim środowisku, sprzyja na przykład tworzeniu się metanolu. W tych rejonach ośrodka międzygwiazdowego obserwowano już związki organiczne, ale do tej pory nie było wiadomo, skąd się wzięły.
Obecność wody w stanie stałym może również odpowiedzieć na pytania dotyczące innego pierwiastka: chociaż znamy ilość tlenu w ośrodku międzygwiazdowym, wcześniej nie mieliśmy informacji o tym, gdzie dokładnie znajduje się ⅓ tego pierwiastka. Nowe wyniki badań sugerują, że woda w stanie stałym w tych krzemianach jest ukrytym rezerwuarem tlenu.
Ponadto „uwięziona woda” może pomóc w zrozumieniu, w jaki sposób pył się gromadzi, gdyż może sprzyjać sklejaniu się ze sobą mniejszych cząsteczek w celu utworzenia większych cząsteczek. Efekt ten może zadziałać nawet podczas tworzenia się planet. „Jeżeli uda nam się udowodnić, że ‘uwięziona woda’ istniała – lub może istnieć – w budulcach Ziemi, być może pojawią się nawet nowe odpowiedzi na pytanie, w jaki sposób woda dotarła na Ziemię” – mówi Alexey Potapov. Ale na razie są to tylko przypuszczenia, do których wyjaśnienia naukowcy z Jeny chcą w przyszłości dążyć.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
