Rezerwuary wody wielkości ziemskich oceanów zanikają i tworzą się w Mgławicy Oriona
Międzynarodowy zespół badaczy odkrył zniszczenie i ponowne utworzenie dużej ilości wody w dysku protoplanetarnym znajdującym się w sercu Mgławicy Oriona.
Wewnętrzny obszar Mgławicy Oriona widziany przez instrument NIRCam Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba. Źródło: NASA, ESA, CSA, zespół PDRs4All ERS; Salomé Fuenmayor image
Odkrycie to było możliwe dzięki oryginalnemu, multidyscyplinarnemu podejściu, łączącemu obserwacje z Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba (JWST) i obliczenia fizyki kwantowej.
Badanie, będące częścią programu PDRs4All Early Release Science i potwierdzone przez doktorantkę Marion Zannese z Uniwersytetu Paris-Saclay, zostało opublikowane 23 lutego 2024 roku w Nature Astronomy.
PDRs4All to jeden z 13 programów Early Release Science wybranych przez NASA w celu zademonstrowania możliwości JWST, w ramach międzynarodowego konsorcjum.
To imponujące, że w zaledwie kilku pikselach obserwacji i skupieniu się na kilku liniach widmowych, możemy dowiedzieć się, że co miesiąc wyparowuje cały ocean wody – powiedziała Els Peeters, współprowadząca badanie PDRs4All i członek Instytutu Badań Ziemi i Kosmosu Western. To odkrycie zostało oparte na niewielkim ułamku naszych danych spektroskopowych. To ekscytujące, że mamy o wiele więcej danych do wydobycia i nie mogę się doczekać, aby zobaczyć, co jeszcze możemy znaleźć.
Woda jest niezbędnym składnikiem do powstania życia w jego obecnym rozumieniu. Na Ziemi większość wody w naszych oceanach powstała na długo przed narodzinami Układu Słonecznego, w zimnych regionach przestrzeni międzygwiezdnej w temperaturze -250oC. Jednak część tej wody mogła zostać zniszczona i ponownie utworzona w wyższych temperaturach (100-500oC), gdy Układ Słoneczny był jeszcze tylko dyskiem gazu i pyłu krążącym wokół naszego młodego, rodzącego się Słońca.
Aby zrozumieć ten enigmatyczny recykling wody, międzynarodowy zespół astronomów skierował JWST na „d203-506”, dysk protoplanetarny znajdujący się w Mgławicy Oriona, żłobku układów planetarnych. Intensywne promieniowanie UV wytwarzane przez masywne gwizdy prowadzi do niszczenia i ponownego tworzenia się wody w d203-506, czyniąc z niego prawdziwe międzygwiezdne laboratorium.
JWST jest niesamowicie potężny. W przypadku tego odkrycia nie mówimy o znalezieniu igły w stogu siana. To jest igła w stogu siana zrobionym z igieł – powiedział Jan Cami, profesor fizyki i astronomii oraz główny członek PDRs4All.
Skok kwantowy
Współpraca z ekspertami w dziedzinie dynamiki kwantowej z Madrid Deep Space Communications Complex (Hiszpania) i Leiden Observatory (Holandia) była kluczem do zrozumienia, w jaki sposób można obserwować powstawanie i niszczenie cząsteczek znajdujących się w odległości ponad 1000 lat świetlnych.
Przy zniszczeniu wody pod wpływem światła UV, uwalnia się cząsteczka hydroksylowa, a następnie dochodzi do emisji fotonów, które docierają aż do JWST. Ogólnie szacuje się, że w ciągu miesiąca w układzie d203-506 niszczona i uzupełniana jest równowartość wody znajdującej się we wszystkich oceanach Ziemi.
Na tym jednak historia się nie kończy. Dzięki podobnemu mechanizmowi JWST odkrywa, że hydroksyl, kluczowy półprodukt w tworzeniu wody, jest również wytwarzany w dużych ilościach z tlenu atomowego. Część wody tworzącej ziemskie oceany mogła przejść przez taki cykl.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
