عندما تقوم بالشراء من خلال الروابط الموجودة في مقالاتنا، قد تحصل شركة Future وشركاؤها المشتركون على عمولة.
عمل فني يصور كيف يأتي الماء، العادي والثقيل، من السحب الجزيئية العملاقة ويتم دمجه في أقراص تشكيل الكواكب حول النجوم الشابة. | الائتمان: NSF/AUI/NSF NRAO/P. فوستين، ب. ساكستون.
يقدم الاكتشاف الأول على الإطلاق للمياه الثقيلة في قرص يشكل كوكبًا حول نجم شاب دليلاً على أن الماء يسبق النجم نفسه، ويبدو أن هذه المادة نشأت في السحابة الجزيئية الباردة المظلمة التي ولدت النجم.
رصد العلماء الماء الثقيل (الذي سنتطرق إليه بعد قليل) في قرص الغاز والغبار الذي يشكل الكوكب حول النجم الشاب V883 Orionis بواسطة ألما، مصفوفة أتاكاما المليمترية/تحت المليمترية الكبيرة، وهي عبارة عن شبكة مكونة من 66 طبق راديو في تشيلي. يقع V883 أوري على بعد 1350 سنة ضوئية بعيدًا وهو عضو في مجموعة من النجوم ولدت من سديم أوريون الشهير.
الآن، إليك ما هو الماء الثقيل.
الماء العادي يتكون من اثنين الذرات من الهيدروجين وذرة واحدة من الأكسجين. يتكون الهيدروجين من ذرة واحدة بروتون تدور بواسطة إلكترون. ومع ذلك، فإن نوى بعض ذرات الهيدروجين تحتوي على بروتون واحد وبروتون واحد النيوترون، أيضاً. ونحن نصف الذرات التي تحتوي على نيوترونات إضافية بأنها نظير لذلك العنصر، ويسمى نظير الهيدروجين الذي يحتوي على نيوترون واحد بالديوتيريوم. كتلته الذرية أعلى قليلاً من الهيدروجين العادي، وذلك بفضل النيوترون الإضافي.
وبالتالي، يحل الماء الثقيل محل ذرتي الهيدروجين العاديتين بذرتين من الديوتيريوم. لدينا ماء ثقيل في منطقتنا النظام الشمسي، وجدت على سبيل المثال في المذنبات – ونسبة الماء الثقيل إلى الماء العادي في جسم المذنب يمكن أن تخبرنا عن تاريخ تكوينه.
وقال جون توبين من المرصد الوطني لعلم الفلك الراديوي في الولايات المتحدة: “حتى الآن، لم نكن متأكدين مما إذا كانت معظم المياه الموجودة في المذنبات والكواكب تشكلت طازجة في أقراص شابة مثل V8783 Ori، أو إذا كانت نقية، نشأت من السحب القديمة بين النجوم”. إفادة.
قدمت ملاحظات ALMA الإجابة. – الصدمات العنيفة والثورات من الشباب النجوم يدمر الماء الثقيل الموجود في قرص تشكيل الكوكب، مما يسمح له بالتحول إلى ماء عادي. ولو حدث ذلك حول V883 Ori، لكانت نسبة الماء الثقيل إلى الماء العادي منخفضة، على غرار ما نجده في نظامنا الشمسي.
ومع ذلك، فإن النسبة التي قاستها ALMA في قرص V883 Ori هي نفس النسبة التي تم ملاحظتها في كتل الغاز الجزيئي قبل أن تشكل النجوم أو الكواكب. في الواقع، فإن النسبة أعلى بمقدار مرتبتين مما ستكون عليه لو تم تفكيك الماء وإعادة تشكيله في القرص.
صورة ALMA للقرص المكون للكوكب حول V883 Orionis. | المصدر: ألما (ESO/NAOJ/NRAO)/L. سيزا.
وقالت مارجوت ليمكر، من جامعة ميلانو، التي قادت الدراسة: “يوضح اكتشافنا بما لا يقبل الجدل أن المياه التي تظهر في هذا القرص المكون للكوكب يجب أن تكون أقدم من النجم المركزي وتشكلت في المراحل الأولى من تكوين النجوم والكواكب”. “يمثل هذا تقدمًا كبيرًا في فهم رحلة الماء عبر تكوين الكوكب، وكيف شقت هذه المياه طريقها إلى نظامنا الشمسي وربما الأرض، من خلال عمليات مماثلة.”
وهذا يعني أن الماء أقدم من النجم، ويمكن أن يكون في الواقع أقدم بمليارات السنين، لأنه كان موجودًا في السحابة الجزيئية التي أصبحت سديم الجبار طوال ذلك الوقت حيث كان الجليد يغطي حبيبات الغبار الصغيرة.
يبلغ عمر V883 Ori نصف مليون سنة فقط، وتم اكتشاف الماء لأول مرة في قرصه المكون للكواكب المحيطة بالنجم في عام 2023. ولم يتم اكتشاف أي كواكب حتى الآن في هذا القرص، على الرغم من أن أي مذنبات قد تكون قد تشكلت بالفعل ستعكس هذه النسبة العالية من الماء الثقيل. يعني عمر النجم الصغير أنه لم يكن هناك ما يكفي من الوقت حتى الآن لإعادة معالجة مياهه القديمة عن طريق التسخين في القرص، ولكن هذا الوقت سيأتي قريبًا، حيث تم بالفعل ملاحظة انفجارات من النجم الشاب – على سبيل المثال، في عام 2016، عندما درست ALMA تأثير الانفجار على خط الثلج، أو حيث يتحول الماء من بخار إلى جليد، في قرص V883 أوري.
وقال توبين: “إن اكتشاف الماء الثقيل… يثبت التراث القديم للمياه ويوفر الحلقة المفقودة بين السحب والأقراص والمذنبات وفي نهاية المطاف الكواكب”. “هذا الاكتشاف هو أول دليل مباشر على رحلة الماء بين النجوم من السحب إلى المواد التي تشكل أنظمة الكواكب – دون تغيير وسليمة.”
تم نشر النتائج في 15 أكتوبر في المجلة علم الفلك الطبيعة.