Astronomowie znaleźli brakujące ogniwo dla wody w Układzie Słonecznym

Korzystając z Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), astronomowie wykryli gazową wodę w dysku, w którym powstają planety wokół gwiazdy V883 Orionis. Niesie ona chemiczną sygnaturę, które wyjaśnia podróż wody z gazowych obłoków gwiazdotwórczych do planet i wspiera koncepcję, że woda na Ziemi jest starsza nawet od naszego Słońca.

„Teraz możemy śledzić pochodzenie wody w Układzie Słonecznym do momentu przed powstaniem Słońca” mówi John J. Tobin, astronom z National Radio Astronomy Observatory (USA), pierwszy autor nowych badań opublikowanych dzisiaj w „Nature”

Odkrycia dokonano badając skład wody w V883 Orionis, dysku formującym planety, około 1300 lat świetlnych od Ziemi. Gdy obłok gazu i pyłu zapada się, tworzy gwiazdę w swoim centrum. Materia z obłoku tworzy również dysk wokół gwiazdy. W ciągu kilku milionów lat materia w dysku łączy się w komety, planetoidy i ostatecznie w planety. Tobin i jego zespół użył ALMA, w którym Europejskie Obserwatorium Południowe (ESO) jest partnerem, do zmierzenia chemicznych sygnatur wody i jej ścieżki od obłoku gwiazdotwórczego do planet.

Woda zwykle zawiera jeden atom tlenu i dwa atomy wodoru. Zespół Tobina analizował nieco cięższą odmianę wody, w której jeden z atomów wodoru jest zastąpiony deuterem – ciężkim izotopem wodoru. Ponieważ zwykła i ciężka woda tworzą się w różnych warunkach, ich stosunek może służyć do prześledzenia kiedy i gdzie powstała dana woda. Na przykład stosunek tych dwóch odmian wody w niektórych kometach Układu Słonecznego jest podobny do wody na Ziemi, sugerując, że mogły one dostarczyć wodę na Ziemię.

Podróż wody od obłoków do młodych gwiazd, a następnie z komet na planety, była już wcześniej obserwowana, ale do tej pory brakowało powiązania na tej ścieżce pomiędzy młodymi gwiazdami, a kometami.

V883 Orionis to brakujące ogniwo.mówi Tobin.

Skład wody w dysku jest bardzo podobny do jej składu w kometach w naszym własnym Układzie Słonecznym. To potwierdzenie koncepcji, że woda w systemach planetarnych powstała miliardy lat temu, zanim powstało Słońce, w przestrzeni międzygwiazdowej i została oddziedziczona zarówno przez komety, jak i Ziemię, względnie niezmieniona.

Jednak obserwacje okazały się trudne.

Większość wody w dyskach tworzących planety jest zamarznięta do postaci lodu, więc zwykle jest ukryta przez naszym wzrokiem.wskazuje współautorka Margot Leemker, doktorantka w Leiden Observatory w Holandii.

Wodę w formie gazowej można wykrywać dzięki promieniowaniu emitowanemu przez cząsteczki, gdy obracają się i wibrują, ale gdy woda jest zamarznięta, jest to bardziej skomplikowane, gdy ruchy cząsteczek są bardziej ograniczone. Wodę w formie gazowej znajdujemy w kierunku centrów dysków, blisko gwiazdy, gdzie jest cieplej. Ale te wewnętrzne rejony są ukryte przez dysk pyłowy i są zbyt małe, aby uzyskać ich obrazy teleskopami.

Na szczęście w niedawnych badaniach pokazano, że dysk V883 Orionis jest nietypowo gorący. Dramatyczny wybuch energii od gwiazdy rozgrzewa dysk „do temperatury, w której woda nie jest już w formie lodu, ale gazu, pozwalając na jej wykrycie” tłumaczy Tobin.

Zespół badawczy wykorzystał ALMA, sieć radioteleskopów w północnym Chile, do obserwacj gazowej wody w V883 Orionis. Dzięki czułości instrumentu i jego zdolności do rozróżniania małych szczegółów, naukowcy byli w stanie zarówno wykryć wodę i ustalić jej skład, jak i wykonać mapę jej rozmieszczenia w dysku. Na podstawie obserwacji ustalono, że dysk zawiera co najmniej 1200 razy więcej wody niż wszystkie ziemskie oceany.

W przyszłości badacze mają na dzieję na użycie nadchodzącego Ekstremalnie Wielkiego Teleskopu (ELT) i jego instrumentu pierwszej generacji METIS. Ten instrument średniej podczerwieni będzie w stanie rozdzielić gazową fazę wody w tego typu dyskach, wzmacniając połączenia pomiędzy poszczególnymi etapami ścieżki wody od obłoków gwiazdoztwórczych do systemów słonecznych.

Da nam to znacznie bardziej kompleksowy obraz lodu i gazu w dyskach, w których powstają planety.podsumowuje Leemker.
info: ESO

Jeśli dziewiąta planeta Układu Słonecznego ma księżyce, czy pomoże nam to ją znaleźć?

Planeta 9 nadal pozostaje nieuchwytna. Ten potencjalny obiekt wielkości superZiemi w zewnętrznym Układzie Słonecznym jest tylko hipotetyczny, ponieważ coś tam wydaje się wpływać grawitacyjnie na kilka obiektów Pasa Kuipera na nietypowe orbity. Cokolwiek i gdziekolwiek by nie było, Planeta 9 nie została jeszcze odnaleziona, pomimo kilku różnych hipotez i licznych poszukiwań obserwacyjnych.

Ale co, jeśli Planeta 9 ma księżyce? Czy mogą nam pomóc go znaleźć? Nowy artykuł spekuluje, że wszelkie księżyce krążące wokół teoretycznej planety mogą dostarczyć pośrednich wskazówek co do lokalizacji Planety 9, jednocześnie ujawniając pewne podstawowe właściwości tego tajemniczego obiektu.

W tym artykule pokazujemy, że prawdopodobieństwo przechwycenia dużych obiektów transneptunowych (TNO) przez Dziewiątą Planetę w celu utworzenia systemu satelitarnego w rozproszonym regionie dysku (między wewnętrznym Obłokiem Oorta a Pasem Kuipera) jest duże. Przyjmując wzorcowy model dziewiątej planety, pokazujemy, że efekt pływowy może znacznie rozgrzać satelity, co może zapewnić wystarczający strumień radiowy do obserwacji.napisał astronom Man Ho Chan z The Education University of Hong Kong w swoim artykule, opublikowanym jako preprint na arXiv.
Orbity kilku obiektów KBO wskazują na możliwe istnienie Planety 9. Źródło: Caltech/R. Hurt (IPAC)

Poza orbitą Neptuna, gromada obiektów Pasa Kuipera (KBO) wykazuje dziwne nachylenia na swoich orbitach, ponieważ wszystkie ustawiają się w jednym kierunku i odchylają się prawie identycznie od płaszczyzny Układu Słonecznego. Dodatkowo, orbity 90377 Sedny nie można wytłumaczyć samą obecnością Neptuna. To właśnie tam pojawia się hipoteza Dziewiątej Planety, gdzie potencjalna super-Ziemia o masie około 5-10 razy większej od Ziemi może się w zewnętrznym Układzie Słonecznym, jak dotąd niewykryta.

Od teoretycznej dziewiątej planety inni badacze przedstawili odmienne wyjaśnienia poza dużą planetą, takie jak dysk lodowej materii, lub inne badania sugerowały, że odpowiedzialna była za to zbiorowa masa samych KBO. Dodatkowo, ponieważ do tej pory nie wykryto żadnych sygnałów optycznych i radiowych dla Planety 9, inne potencjalne wyjaśnienia, które zyskały przychylność, to to, że Planeta 9 może być “ciemnym” obiektem, takim jak obiekt zbudowany z ciemnej materii lub maleńka pierwotna czarna dziura.

Man Ho Chan powiedział Universe Today, że jest wysoce prawdopodobne, że bez względu na to, czym właściwie jest Planeta 9 – planeta czy ciemna planeta – prawdopodobieństwo uchwycenia księżyców jest dość wysokie, ponieważ w tym regionie znajduje się wiele mniejszych obiektów transneptunowych.

Wszelkie planety lub obiekty poza Neptunem mogą łatwo tworzyć systemy satelitarne, szczególnie w przypadku masywnych obiektów. Dlatego jest to ważny pośredni sposób poszukiwania jakichkolwiek planet, nawet jeśli planety są czarnymi lub zbudowane z ciemnej materii.napisał Chan w e-mailu.

Jak można było wyszukać księżyce? Satelity te emitowałyby obserwowalne standardowe termiczne widmo radiowe.

Satelity otaczające planety poza Neptunem nie zawsze są bardzo zimne. Efekt sprzężenia pływowego może podgrzać satelitę do stosunkowo wysokiej temperatury, tak aby miał wystarczająco duże promieniowanie do wykrycia. Może to być skuteczny sposób na poszukiwania, nawet jeśli planeta 9 jest czarną, jak sugeruje wiele ostatnich dyskusji.wyjaśnia Man Ho Chan.
Dwie z 12-metrowych anten Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) wpatrują się w niebo w Array Operations Site (AOS), wysoko na płaskowyżu Chajnantor na wysokości 5000 metrów w Andach Chilijskich. Źródło: ALMA

Chan zasugerował, że obserwatorium Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) może być w stanie wykryć sygnał satelitów i powiedział w e-mailu, że PanSTARRS (Panoramic Survey Telescope and Rapid Response System) i przyszły Large Synoptic Survey Telescope (LSST) również mogą być w stanie dokonać takich obserwacji.

Jeśli P9 jest ciemnym obiektem i ma system satelitarny, nasza propozycja może bezpośrednio obserwować potencjalne sygnały termiczne emitowane przez satelity teraz. Dlatego byłaby to szybka i skuteczna metoda potwierdzenia hipotezy Dziewiątej Planety i zweryfikowania, czy Dziewiąta Planeta jest ciemnym obiektem, czy nie.napisał.

Komety zostawiają zakurzone ślady otaczające Układ Słoneczny

Komety tworzą bałagan. Podczas podróży przez Układ Słoneczny rozrzucają drobiny pyłu. Jeśli Ziemia napotka jeden z tych kometarnych śladów pyłu, zobaczymy deszcz meteorytów.

Przez lata zdjęcia z Kosmicznego Teleskopu Hubble’a (HST) uchwyciły „pozostałości światła”, których nie można powiązać z poświatą planet, gwiazd, galaktyk lub pyłu w rzeczywistej płaszczyźnie naszego Układu Słonecznego. Czy ta słaba poświata może pochodzić ze skorupy pyłu komety? To właśnie chce wiedzieć zespół astronomów. Astronom Hubble’a, Rogier Windhorst z Arizona State University, wpadł na pomysł, aby szukać „światła ducha” z pyłu komety na archiwalnych zdjęciach HST. Kierował zespołem absolwentów i studentów w ramach projektu o nazwie SKYSURF, którego celem było śledzenie widmowego światła.

Ponad 95% fotonów na zdjęciach z archiwum Hubble’a pochodzi z odległości mniejszej niż 3 miliardy mil od Ziemi. Od samego początku Hubble’a większość użytkowników odrzucała te fotony nieba, ponieważ interesowali się słabymi, dyskretnymi obiektami na obrazach Hubble’a, takimi jak gwiazdy i galaktyki. Ale te fotony nieba zawierają ważne informacje, które można wydobyć dzięki wyjątkowej zdolności Hubble’a do mierzenia słabych poziomów jasności z dużą precyzją przez trzy dekady jego życia.powiedział Windhorst.

Projekt SKYSURF: HST jako fotometr
Po 32 latach obserwacji HST dostarczył niesamowitych widoków wszechświata. Ta długa służba naprawdę coś znaczy w tym przypadku. SKYSURF zasadniczo używa teleskopu jako fotometru absolutnego. Analiza projektu wykorzystuje dziesięciolecia danych do pomiaru jasności powierzchni całego nieba na poziomie 0,2-1,7 mikrona na 249 861 zdjęciach. Pochodzą one z ekspozycji Wide Field Planetary Camera 2, Advanced Camera for Surveys i Wide Field Camera 3. Zespół opracował zestaw analiz i praktyk ponownego przetwarzania w celu odsiania bardzo słabego światła odbitego od pyłu komety. Pomysł polegał na wydobyciu upiornego światła z możliwej powłoki komety z innych źródeł tła.

Aby to zrobić, wzięli pod uwagę inne źródła światła tła i byli w stanie „odjąć” ogólną jasność powierzchniową (SB) nieba. W tym celu zespół porównał pomiary HST sky-SB z przewidywaniami opisującymi światło zodiakalne i przedpole galaktyczne. ( Światło zodiakalne jest dobrze znaną poświatą rozproszonego światła słonecznego. Rozprasza pył międzyplanetarny w płaszczyźnie Układu Słonecznego. Można je zobaczyć gołym okiem, a także przez naziemne teleskopy w bardzo ciemne noce.) Dla kontrastu , rozproszona poświata, którą Windhorst i jego współpracownicy znaleźli w danych z HST, nie ogranicza się do płaszczyzny Układu Słonecznego. Ich analiza pozwala im zrozumieć tę rozproszoną składową światła w danych z HST i pozwala ustalić pewne ograniczenia co do jej pochodzenia (albo z wnętrza Układu Słonecznego, albo z odległości kosmologicznych).

Widmowe emanacje Światła Układu Słonecznego?
Kiedy patrzysz na nocne niebo z ciemnego miejsca obserwacyjnego, wygląda ono na ciemne. Ale kiedy weźmie się pod uwagę wszystkie inne rzeczy, które emitują lub odbijają światło, nadal istnieje upiorna poświata, która zmotywowała Windhorsta i jego zespół do znalezienia wyjaśnienia. Przejrzeli 200 000 obrazów HST i wykluczyli wszystkie oczywiste źródła. Pozostał im bardzo mały nadmiar światła. Jest bardzo słabo, ale jest. HST nie jest jedynym detektorem, który to „widzi”. W ramach swojej misji sonda New Horizons zmierzyła tło nieba z odległości od sześciu do ośmiu miliardów kilometrów od Słońca. Co ciekawe, wykrył coś słabego i odległego, nad czym astronomowie wciąż pracują.

Naukowcy twierdzą, że jednym z możliwych wyjaśnień tej szczątkowej poświaty jest delikatna kula pyłu, która odbija światło słoneczne. Uważają, że pył pochodzi z komet, które wpadają do Układu Słonecznego ze wszystkich kierunków. Jeśli potwierdzą, że ta otoczka pyłowa jest prawdziwa, dołączy do inwentarza architektury Układu Słonecznego.

W tym momencie nie ma niezbitego potwierdzenia, że ​​źródłem światła jest powłoka pyłowa utworzona z pyłu komety. Może pochodzić z pozagalaktycznych źródeł tła (prawdopodobnie bardzo słabych galaktyk). Lub może pochodzić z czegoś, co nazywa się pozagalaktycznym światłem tła (EBL), które nie jest przypisane do żadnego konkretnego źródła. Jest to nagromadzone światło z różnych źródeł (w tym między innymi z formowania się gwiazd). Aby uzyskać pełne wyobrażenie o zasięgu tego światła i jego źródle, zespoły kontynuują przeglądanie całego archiwum HST.

Czy Tryton w końcu odpowie na pytanie: „Czy jesteśmy sami?”

Niedawno zbadaliśmy, jak i dlaczego lodowy księżyc Saturna, Enceladus, może odpowiedzieć na odwieczne pytanie: “Czy jesteśmy sami?”. Dzięki wewnętrznemu oceanowi i gejzerom lodu wodnego, które wystrzeliwują dziesiątki kilometrów w przestrzeń kosmiczną, która rzekomo zawiera składniki życia, ten mały księżyc może być głównym celem przyszłych misji astrobiologicznych. Ale Enceladus nie jest jedynym miejscem w naszym Układzie Słonecznym z aktywnymi gejzerami, ponieważ inny mały księżyc w pobliżu krawędzi Układu Słonecznego również ma podobne cechy. To największy księżyc Neptuna, Tryton, który tylko raz odwiedziła sonda Voyager 2 należąca do NASA w 1989 roku. Ale czy gejzery Trytona to jedyne cechy, które czynią go dobrym celem dla astrobiologii i wyszukiwania życia poza Ziemią?

Tryton może być ‘światem oceanów’, księżycem, który ma stałą skorupę lodową nad płynną wodą podpowierzchniową oceanu. Jeśli tak jest i jeśli pewnego dnia będziemy w stanie dotrzeć do tego oceanu i znaleźć życie, rozszerzyłoby to strefę nadającą się do zamieszkania do Pasa Kuipera, a nie tylko do wewnętrznego Układu Słonecznego. Ma to głębokie implikacje, zarówno w naszym Układzie Słonecznym, jak i na egzoplanetach.powiedziała dr Candice Hansen-Koharchek, która jest planetologiem i była przedstawicielem zespołu ds. Misje Voyagera.

Ze względu na swoje gejzery, które Voyager 2 zidentyfikował jako ciemne smugi, Tryton jest dopiero trzecim znanym ciałem planetarnym w Układzie Słonecznym, które jest aktywne wulkanicznie, poza Ziemią i najbardziej wewnętrznym księżycem galileuszowym Jowisza, Io. W przeciwieństwie do gejzerów na Enceladusie, które uważa się za spowodowane ogrzewaniem pływowym, gejzery Trytona są wynikiem ogrzewania słonecznego, gdzie słabe światło słoneczne docierające do księżyca powoduje powolne topnienie zamrożonego azotu na powierzchni i ostatecznie erupcję. Aktywna geologia wyjaśnia również brak kraterów na jego powierzchni i okazuje się, że Tryton posiada inną cechę podobną do Ziemi.

Tryton ma atmosferę azotu, która sezonowo zamarza w czapy polarne. Ziemia ma również głównie azotową atmosferę – czy możesz sobie wyobrazić, co by było, gdyby nasza atmosfera zamarzła na ziemię w zimie?! Chociaż atmosfera Trytona jest rzadka, wieją wiatry i rozrzucają cząsteczki po powierzchni.powiedział dr Hansen-Koharchek.

Jak wspomniano, Voyager 2 jest jedynym statkiem kosmicznym, który odwiedził Trytona, ale inna misja NASA, znana jako TRIDENT, została wybrana jako finalista w 2020 roku, aby zbadać Trytona z bliska po raz pierwszy od 1989 roku, ale ostatecznie została pominięta w końcowej rundzie selekcji przez NASA w 2021 r.

Trójząb ustaliłby istnienie podpowierzchniowego oceanu – to pierwszy krok w rozpoznaniu oceanicznego świata. Trident posiadał spektrometr bliskiej podczerwieni, który pozwoliłby nam po raz pierwszy zmapować rozkład lodu (N2, CH4, CO, CO2 i H2O) na jego powierzchni (Voyager nie posiadał spektrometru bliskiej podczerwieni, więc wszystko, co wiemy o składzie, to to, co możemy zebrać z Ziemi).powiedział dr Hansen-Koharchek.

Na razie Tryton krąży wokół Neptuna w pobliżu krawędzi Układu Słonecznego z jego aktywnymi gejzerami, azotową atmosferą i prawdopodobnie wewnętrznym oceanem. Kiedy odwiedzimy go ponownie i czy ten aktywny księżyc jest siedliskiem życia, jakie znamy dzięki swoim unikalnym cechom? Wtedy odpowiemy na pytanie dotyczące Trytona: „Czy jesteśmy sami w Układzie Słonecznym?”