Exact sciences

Kosmiczna podróż wody

— Redakcja
share on twitter share on facebook share on linkedin send by email print
Dr Agata Karska z Wydziału Fizyki, Astronomii i Informatyki Stosowanej UMK jest członkiem zespołu WISH
fot. Andrzej Romański

Międzynarodowy zespół astronomów pod kierunkiem prof. Ewine van Dishoeck z Uniwersytetu w Lejdzie, do którego należy dr Agata Karska z Wydziału Fizyki, Astronomii i Informatyki Stosowanej UMK, przygotował pracę o pochodzeniu wody w nowych, potencjalnie możliwych do zamieszkania światach.

Długo oczekiwany przegląd opisuje podróż wody z obłoków międzygwiezdnych do światów mieszkalnych. Artykuł opublikowano w prestiżowym czasopiśmie "Astronomy&Astrophysics". Oczekuje się, że będzie on służył jako praca źródłowa przez następne 20 lat.

Woda w procesie formowania się gwiazd

Jeszcze 10 lat temu nie było wiadomo, jak i gdzie tworzy się woda w przestrzeni międzygwiezdnej i w jaki sposób dociera ostatecznie do planety takiej jak Ziemia. Jednym z powodów braku takiej wiedzy było to, że para wodna w naszej własnej atmosferze wpływa na wyniki obserwacji prowadzonych z zastosowaniem naziemnych teleskopów. W 2009 r. Europejska Agencja Kosmiczna (ESA) wysłała w przestrzeń kosmiczną teleskop obserwujący w dalekiej podczerwieni, Herschela, który działał do roku 2013.

Jednym z zadań teleskopu było badanie wody w przestrzeni kosmicznej. Szczególnie ważnym jego elementem był instrument HIFI skonstruowany pod kierownictwem naukowców holenderskich, znany także jako "łowca cząsteczek". W ostatnich latach opublikowano dziesiątki artykułów naukowych napisanych na podstawie zebranych przez teleskop Herschela danych o wodzie. Obecnie rezultaty tych badań są łączone i poszerzane o nowe spostrzeżenia.

Water trail
Podróż wody z obłoków międzygwiazdowych do miejsc, które mogą być zamieszkane. Od górnego lewego do dolnego prawego rogu: woda w zimnym obłoku międzygwiazdowym, w pobliżu powstającej młodej gwiazdy z odpływem, w dysku protoplanetarnym, w komecie i w oceanach egzoplanety. Pierwsze trzy etapy zawierają widmo pary wodnej zmierzone przez instrument HIFI w obserwatorium kosmicznym Herschel. Sygnały z obłoku międzygwiezdnego i z pierścienia protoplanetarnego zostały na ilustracji 100 razy wzmocnione w porównaniu z tymi dla młodej, tworzącej się gwiazdy (w centrum).  c) ESA/ALMA/NASA/L.E. Kristensen

Nowe studium opisuje drogę, jaką przebywa woda w procesie tworzenia się gwiazd z uwzględnieniem etapów pośrednich, które dotychczas przyciągały mniej uwagi. W publikacji pokazano, że większość wody tworzy się w postaci lodu na drobnych cząstkach pyłu w zimnych obłokach międzygwiezdnych. Gdy obłok zapada się, dając początek nowym gwiazdom lub planetom, woda ta jest w dużej mierze zatrzymywana poprzez osadzanie się na cząstkach pyłu o rozmiarach kamyków. W dysku rotującym wokół młodej gwiazdy owe kamyki tworzą następnie większe struktury, z których powstają nowe planety.

Ponadto, naukowcy obliczyli, że w większości nowych układów planetarnych wody jest tyle, że wystarczyłoby jej na wypełnienie kilku tysięcy oceanów.

Fascynujące jest uzmysłowienie sobie, że cząsteczki zawarte w szklance pitnej wody w większości powstały ponad 4,5 miliarda lat temu w obłoku, z którego narodziło się nasze Słońce i planety - tłumaczy prof. Ewine van Dishoeck.

Wiele z wcześniejszych danych pozyskanych za pomocą teleskopu Herschela dotyczyło pochodzenia gorącej pary wodnej, której wysoką obfitość obserwuje się w otoczeniu powstających gwiazd. Taka gorąca woda jest uwalniana w przestrzeń przez intensywne wypływy z młodych gwiazd. Pełni jednak bardzo ważną rolę w zrozumieniu procesów fizycznych zachodzących wokół młodych gwiazd. Dr Agata Karska z Wydziału Fizyki, Astronomii i Informatyki Stosowanej UMK, członek zespołu WISH, pokazała wraz ze współpracownikami powszechność występowania gorącej wody wokół protogwiazd (Karska et al. 2018, ApJS, 235, 30). Jej obecność powiązała z "opalaniem się protogwiazd", czyli oświetlaniem gazu w wypływach molekularnych przez promieniowanie ultrafioletowe. To energetyczne promieniowanie nie jest wytwarzane przez młode gwiazdy podobne do naszego Słońca w przeszłości i jego istnienie było dotychczas postulowane tylko wokół masywnych gwiazd.

W trakcie pisania pracy przeglądowej naukowcy uzyskiwali coraz głębszy wgląd w tematykę związaną z chemią zimnej pary wodnej i lodu. Byli m.in. w stanie wykazać, że międzygwiezdny lód narasta na cząstkach pyłu, warstwa po warstwie. Wniosek ten wynika ze słabych sygnałów od ciężkiej wody (HDO i D2O zamiast H2O).

Na nowe dane poczekamy 20 lat

Naukowcy mają nadzieję, że w przyszłości będą zdolni do szerszego badania wody we wszechświecie, a w szczególności w tworzących się systemach planetarnych. Może to jednak jeszcze trochę potrwać, ponieważ wysłanie następnego teleskopu kosmicznego porównywalnego z Herschelem jest planowane nie prędzej niż na rok 2040.

Istniała szansa, że tak zwany wodny teleskop wróci w przestrzeń kosmiczną około roku 2030, ale niestety zrezygnowano z realizacji projektu. Szkoda, ale stanowi to dodatkowy powód, dla którego nasz zespół napisał tę pracę - tłumaczy prof. Ewine van Dishoeck.

Ponadto, pod koniec 2021 r. wysłany zostanie teleskop kosmiczny Jamesa Webba, w którym  zostanie umieszczony instrument MIRI zbudowany we współpracy  europejsko-amerykańskiej. Urządzenie to pozwoli zbadać tę część mapy drogowej wody, która obecnie pozostaje poza zasięgiem. MIRI będzie miało możliwość wykrycia obecności ciepłej pary wodnej w najgłębszych obszarach pyłowych dysków.

Herschel pokazał już, że dyski tworzące planety są bogate w wodę w postaci lodu. Z pomocą MIRI możemy podążać tym szlakiem, aby dotrzeć w obszary, w których formują się planety takie jak Ziemia - wyjaśnia prof. Michiel Hogerheijde z Uniwersytetów w Lejdzie i Amsterdamie, współautor publikacji.

Za pomocą teleskopu ALMA w Chile można obserwować parę wodną w Kosmosie z Ziemi. Dotyczy to nawet tak odległych galaktyk, w których linie wody są przesunięte w porównaniu z atmosferą Ziemi.

- Dzięki temu, co pozostawił nam Herschel możemy dużo lepiej interpretować dane pozyskane za pomocą ALMA – dodaje kolejny ze współautorów, prof. Lars Kristensen z Uniwersytetu w Kopenhadze.

O kosmicznym teleskopie Herschel

Herschel był teleskopem Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA) zbudowanym we współpracy z NASA. Instrumenty HIFI i PACS wykorzystane były do badania wody. HIFI został zaprojektowany i zbudowany przez konsorcjum instytutów i wydziałów uniwersyteckich z Europy, Kanady i Stanów Zjednoczonych pod kierownictwem Holenderskiego Instytutu Badań Kosmicznych (SRON Netherlands Institute for Space Research, the Netherlands), z dużym wkładem ze strony Niemiec, Francji i USA. Instrument PACS został opracowany przez konsorcjum instytutów i uniwersytetów europejskich, pod kierownictwem Instytutu Fizyki Pozaziemskiej im. Maxa Plancka w Niemczech. Ewine van Dishoeck kierowała badaniami nad wodą w ramach programu WISH (Water in Star-forming regions with Herschel).

share on twitter share on facebook share on linkedin send by email print

Related articles

Szybki błysk radiowy z naszej Galaktyki

Uciszyć białko i wygrać z chorobą

Article contains a clip

Trzy starsze siostry Słońca z planetami

Article contains a clip

Sukces astronomów: siedem nowych kosmicznych maserów

Article contains a clip

On Nicolaus Copernicus University web pages „cookies” are used. On use of cookies read in Privacy policy.
Cookies settings
On Nicolaus Copernicus Pages "cookies" are used in accord with our Privacy policy. We use "cookies" to improve functionality of our web page. Collected data are anonymized and are used to statistic and analytic purposes, for better adjusting content to user preferences and increase of quality. To approach this goal we use Google Analytics, CUX i Facebook Pixel to. Below we give you the ability of turning on/off this tools.
  on/off
Google Analitics

We use analytic tool Google Analytics, which give us information about user visits on our service (visited pages, navigation path, time of visit)

CUX

We use analytic tool CUX to regisiter visits on NCU News.

Facebook Pixel

We use marketing tool Facebook Pixel, to collect information about user visits and viewed pages.