驚くべき発見により、太陽系の水の起源は太陽より何十億年も前であることが明らかになりました

アルマ望遠鏡は惑星形成における水の歴史を星間物質までさかのぼります

原始星 V883 Ori の周りに形成される円盤内の水の観測により、太陽系における彗星と小惑星の形成に関する手がかりが明らかになりました。

近くの原始星を研究している科学者は、その円盤に水を検出しました。 Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) で行われた新しい観測は、原始惑星系円盤でその組成に大きな変化がなく遺伝する水の最初の検出を表しています。 これらの発見はまた、私たちの太陽系の水が太陽より何十億年も前に形成されたことを示しています。 新しい観察結果は、ジャーナルに 3 月 8 日に掲載されました。 自然。

このアーティストの印象は、星 V883 オリオン座の周りの惑星を形成する円盤を示しています。 ディスクの外側の水は氷として凍っているため、簡単には検出できません。 星からのエネルギーの爆発は、水が気体である温度まで内側の円盤を加熱し、天文学者がそれを検出できるようにします。
挿入画像は、この円盤で研究された 2 種類の水分子を示しています。1 つの酸素原子と 2 つの水素原子を含む普通の水と、水素原子が水素の重い同位体である重水素に置き換えられた重いバージョンです。
クレジット: ESO/L. Calzada

オリオン座 V883 は、地球から約 1,305 光年離れたオリオン座にある原始星です。 この原始星の新たな観測により、科学者は、星間物質の水と太陽系の水が類似の組成を持っていることを確認することで、その関係を発見することができました。

V883 Ori は、周囲の円盤内の水がガスに変わるほど温度が高いユニークな原始星であり、電波天文学者が水の起源を追跡することを可能にしています。 Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) を使用した新しい観測により、太陽系の水が、宇宙の他の場所にある原始星を取り囲む円盤内の水と同じ場所、つまり星間物質から来ている可能性があることが初めて確認されました。 クレジット: アルマ望遠鏡 (ESO/NAOJ/NRAO)、B.サクストン (NRAO/AUI/NSF)

「私たちは、宇宙を通る水の経路を経路と考えることができます。私たちは、惑星や彗星上の水である終点がどのように見えるかを知っていますが、その経路を水の起源までさかのぼって追跡したかったのです.以前は、地球を彗星、原始星を星間物質と関連付けることはできましたが、原始星を彗星と関連付けることはできませんでした。 V883 Ori はそれを変更し、このシステムと太陽系の水分子が重水素と水素の割合が似ていることを証明しました。 “

使用[{” 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.

ほとんどの場合、原始星を取り囲む円盤内の水は氷の形をしており、星から遠く離れていることもあります。 V883 Ori の場合、スノー ラインは星から 80 ユニット伸びています。 これは、このアニメーションに示されているように、地球と太陽の間の距離の 80 倍です。 しかし、V883 Ori の温度は十分に高いため、円盤内の氷の多くがガスに変化しており、電波天文学者がその水を詳細に調べることができます。 Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) を使用した新しい観測により、V883 Ori の円盤内の水は、太陽系の天体の水と同じ基本組成を持っていることが明らかになりました。 これは、私たちの太陽系の水が、太陽より何十億年も前に星間物質で形成されたことを示しています。 クレジット: アルマ望遠鏡 (ESO/NAOJ/NRAO)、J. トービン、P. サクストン (NRAO/AUI/NSF)

「この観測は、天文学者が地球上の生命にとって非常に重要なもの、つまり水を研究するのに役立つアルマ望遠鏡の驚くべき能力を浮き彫りにしています」と、アルマ望遠鏡の国立科学財団プログラム オフィサーであるジョー ペシ氏は述べています。 「地球上で私たちにとって重要であり、銀河のはるか彼方に見られる基本的なプロセスを理解することは、自然が一般的にどのように機能するか、そして太陽系が私たちが知っているものに進化するために発生しなければならないプロセスについての知識にもなります。今日。”

V883 Ori の原始惑星系円盤の水を太陽系の水と結び付けるために、チームはアルマ望遠鏡の高感度バンド 5 (1.6 mm) およびバンド 6 (1.3 mm) 受信機を使用してその組成を測定し、各段階間で比較的変化していないことを発見しました。太陽系の形成: 原始星、原始惑星系円盤、彗星。 これは、太陽系の水が、太陽、惑星、彗星が形成されるずっと前に形成されたことを意味します。 星間物質には水の氷がたくさんあることはすでにわかっていました。 ミシガン大学の天文学者で論文の著者の 1 人である Merrill van te Hoff 氏は、この結果は、この水が太陽系の形成中に太陽系に直接取り込まれたことを示していると述べています。 「これは、他の惑星系もかなりの量の水を受け取ったに違いないことを示しているため、刺激的です。」

太陽系の水の起源を探している科学者たちは、地球から 1,305 光年離れた場所にあるユニークな原始星であるオリオン座 V883 にたどり着きました。 他の原始星とは異なり、V883 Ori を取り囲む星周円盤は十分に高温であるため、その中の水が氷からガスに変化したため、科学者は Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) などの電波望遠鏡を使用してその組成を研究することができます。 ）。 原始星の電波観測により、水 (オレンジ)、塵の筋 (緑)、および分子ガス (青) の存在が明らかになり、この原始星の水が太陽系の天体の水と非常に似ていることが示されました。同じ起源。 クレジット: アルマ望遠鏡 (ESO/NAOJ/NRAO)、J. トービン、B. サクストン (NRAO/AUI/NSF)

彗星や小惑星の発達における水の役割を解明することは、太陽系がどのように進化したかを理解する上で重要です。 太陽は密集した星団で形成されたと考えられており、オリ座 V883 は近くに星がなく比較的孤立していますが、この 2 つには重要な共通点が 1 つあります。どちらも巨大な分子雲で形成されたということです。

「星間物質の水の大部分は、雲の中の小さな塵粒子の表面で氷として形成されることが知られています。これらの雲が自身の重力で崩壊し、若い星を形成すると、水はそれらの周りの円盤に行き着きます。最終的に、円盤が進化し、氷のような塵の粒子が凝集して、惑星や彗星を含む新しい太陽系が形成されます」と、ライデン大学の天文学者で論文の共著者であるマーゴット レムカーは述べています。 「私たちは、雲の中で生成された水がこの経路をほとんど変わらずにたどることを示しました。したがって、V883 Ori の円盤内の水を見ることで、時間をさかのぼって、私たちの太陽系がずっと若い頃にどのように見えたかを見ることができます。 」

オリオン座 V883 は、地球から約 1,305 光年離れたオリオン座にある原始星です。 クレジット: ESO/IAU および Sky & Telescope

トービン氏は、「これまでのところ、太陽系の発達において水の連鎖は停滞しています。この場合、V883 Ori はミッシング リンクであり、現在、彗星や原始星から星間物質までの水の連鎖に壊れていない連鎖があります。 」

この発見の詳細については、「地球上の水は太陽より古い」を参照してください。

参考文献: 「重水素が豊富な水が惑星形成円盤を彗星と原始星に結び付ける」ジョン J. トービン、メリル L.R. ヴァン ホーヴ、マーゴット レムカー、イーウェン F. ヴァン ディショーク、テレサ パネキ カリノ、古屋賢治、ダニエル ハーソノ、マグナス F . Pearson、Elzidor Cleaves、Patrick D. Sheehan、Lucas Siza、2023 年 3 月 8 日、こちらから入手可能。 自然.
DOI: 10.1038/s41586-022-05676-z