太阳系中的水,可能比太阳本身还古老

作者: 不二北斗

来源: 原理

发布日期: 2023-03-20 20:44:19

科学家利用阿塔卡马大型毫米/亚毫米波阵(ALMA)在猎户V883的星周盘中发现了水的存在,并发现那里的水与太阳系中的水具有相似的氘和氢之比,这表明太阳系中的水可能形成于太阳诞生的几十亿年之前。

水,是地球生命赖以生存的重要源泉。与此同时,水对于恒星和行星的形成,也至关重要。在一项新发表于《自然》杂志的研究中,科学家利用阿塔卡马大型毫米/亚毫米波阵(ALMA),在我们附近的猎户V883的星周盘中,发现了水的存在。

当气体和尘埃云坍缩时,它的中心会形成一颗原恒星。在原恒星周围,来自云中的物质会形成一个星周盘。在几百万年的时间里,星周盘中的物质会聚集在一起,形成彗星、小行星,以及行星。

气体和尘埃云坍缩,最终形成行星系统。想要在原恒星周围的星周盘中寻找水的踪迹,是件非常棘手的事。因为在大多数的星周盘中,水都是以冰的形式存在的,难以被探测。相比之下,气态水更容易被探测,因为气态分子在旋转和振动时可以发出辐射;而固态形式下的被冻结的水分子,其运动更受限制,使探测也更加困难。一般来说,气态水可以在离星周盘中很近的地方找到,因为那里更温暖。

然而,这些区域通常又会被尘埃盘所隐藏,难以被望远镜观测到。

当科学家想要观测原恒星中的水时,他们会寻找所谓的雪线(或冰线)。这条线标志着水从主要是冰转为气体的位。如果雪线距离原恒星太近,就没有足够多可以被轻易探测到的气态水,而且充满尘埃的星周盘可能会阻隔掉大量的水的辐射。但如果雪线位于离原恒星较远的地方,那么就有足够多可以被探测到的气态水。猎户V883的情况正是如此。

猎户V883是一个原恒星系统,距离地球约1305光年之远。它有着很大的星周盘,其雪线从恒星延伸到80AU的距离外,也就是80倍日地距离。而与此同时,它的温度又足够高,可以让星周盘中的大部分冰变成气体。

水通常由一个氧原子和两个氢原子(H₂O)组成。这次,天文学家研究了一种稍微重一点的水(HDO)的形式,这种水中的一个氢原子会被氘(D,氢的一种重同位素)所取代。利用ALMA的射电望远镜,科学家对这颗原恒星进行了观测。他们观测到了水(橙色)、连续的尘埃介质(绿色)和分子气体(蓝色),并发现那里的水与太阳系中的水,具有相似的氘和氢之比。

在这项最新发现之前,科学家可以将地球与彗星联系起来,将原恒星与星际介质联系起来,唯独没能将原恒星与彗星联系起来。猎户V883改变了这一点。在新的论文中,研究人员总结道,他们认为星周盘直接从恒星形成的云中“继承”了这些水。接着,这些水与一些大型的冰质天体(比如彗星)结合,所以并没有发生实质性的化学变化。

而星周盘中的水与太阳系中的彗星上的水非常相似,这证实了这样一种观点:我们太阳系中的水,可能与这颗原恒星的星周盘中的水一样,来自宇宙中的星际介质。换句话说,我们太阳系中的水,可能形成于太阳诞生的几十亿年之前。

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