Dr Agata Karska z Wydziału Fizyki, Astronomii i Informatyki Stosowanej UMK jest członkiem zespołu WISH Nauki ścisłe

Kosmiczna podróż wody

— Redakcja
udostępnij na facebook udostępnij na twitterze udostępnij na linkedin wyślij mailem wydrukuj
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).

Zasady udostępniania treści
udostępnij na facebook udostępnij na twitterze udostępnij na linkedin wyślij mailem wydrukuj

Powiązane artykuły

Szybki błysk radiowy z naszej Galaktyki

Uciszyć białko i wygrać z chorobą

Artykuł zawiera film

Trzy starsze siostry Słońca z planetami

Artykuł zawiera film

Sukces astronomów: siedem nowych kosmicznych maserów

Artykuł zawiera film

Na stronach internetowych Uniwersytetu Mikołaja Kopernika są stosowane pliki „cookies” zgodnie z Polityką prywatności.
Ustawienia zaawansowane
Na stronach internetowych Uniwersytetu Mikołaja Kopernika są stosowane pliki „cookies” zgodnie z Polityką prywatności. Stosowane przez nas ciasteczka służą wyłącznie do poprawienia funkcjonalności strony. Zbierane dane są przetwarzane w sposób zanonimizowany i służą do budowania analiz i statystyk, na podstawie których będziemy mogli dostosować sposób prezentowanych treści do ogólnych potrzeb użytkowników oraz podnosić ich jakość. W tym celu korzystamy z narzędzi Google Analytics, CUX i Facebook Pixel. Poniżej możliwość włączenia/wyłączenia poszczególnych z nich.
  włącz/wyłącz
Google Analitics

Korzystamy z narzędzia analitycznego Google Analytics, które umożliwia zbieranie informacji na temat korzystania ze stron Portalu (wyświetlane podstrony, ścieżki nawigacji pomiędzy stronami, czas korzystania z Portalu)

CUX

Korzystamy z narzędzia analitycznego CUX, które pozwala na rejestrowanie odwiedzin na stronach Portalu.

Facebook Pixel

Korzystamy z narzędzia marketingowego Facebook Pixel, które umożliwia gromadzenie informacji na temat korzystania z Portalu w zakresie przeglądanych stron.