Lehdistötiedote

Tähtitieteilijät ovat löytäneet puuttuvan linkin aurinkokunnan vedelle

8. maaliskuuta 2023, Oripää

Tähtitieteilijät ovat Atacama Large Millimeter/submillimeter Array eli ALMA:n avulla havainneet kaasumaisessa muodossa olevaa vettä tähden V883 Orionis ympärillä olevasta planeettoja muodostavasta kiekosta. Veden mukana kulkevan kemiallisen merkin avulla voidaan selvittää, miten vesi kulkeutuu tähtiä muodostavista kaasupilvistä planeettoihin. Havainnot tukevat ajatusta, jonka mukaan Maassa oleva vesi on jopa Aurinkoamme vanhempaa.

"Voimme nyt jäljittää veden alkuperää aurinkokunnassamme aikaan ennen auringon muodostumista", John J. Tobin, tähtitieteilijä National Radio Astronomy observatoriolta Yhdysvalloista ja tänään Naturessa julkaistun tutkimuksen pääkirjoittaja sanoi. 

Tämä löytö tehtiin tutkimalla veden koostumusta 'V883 Orionis'-tähden ympäriltä. Tähti sijaitsee noin 1300 valovuoden etäisyydellä Maasta. Kun kaasu- ja pölypilvi romahtaa, sen keskelle muodostuu tähti. Kaasupilven materiasta muodostuu tähden ympärille myös kiekkomainen rakenne. Muutaman miljoonan vuoden aikana kiekon aine kasaantuu yhteen muodostaen komeettoja, asteroideja ja lopulta planeettoja. Tobin ja hänen tiiminsä käyttivät ALMAa, jossa Euroopan eteläinen observatorio (ESO) on mukana kumppanina, mittaamaan veden kemiallisia jälkiä, ja sen kulkeutumista tähtiä muodostavasta pilvestä planeettoihin.

Vesi koostuu yleensä yhdestä happiatomista ja kahdesta vetyatomista. Tobinin tutkimusryhmä tutki hieman raskaampaa veden versiota, jossa yksi vetyatomeista on korvattu deuteriumilla, joka on vedyn raskaampi isotooppi. Koska yksinkertainen ja raskas vesi muodostuvat eri olosuhteissa, niiden suhdelukua voidaan käyttää veden muodostumisajankohdan ja -paikan jäljittämiseen. Esimerkiksi joissakin aurinkokunnan komeetoissa tämän suhteen on osoitettu olevan samanlainen kuin maan vedessä, mikä viittaa siihen, että komeetat ovat saattaneet tuoda mukanaan vettä Maahan. 

Veden kulkeutumista pilvistä nuoriin tähtiin ja myöhemmin komeetoista planeettoihin on havaittu aikaisemminkin, mutta tähän asti nuorten tähtien ja komeettojen välinen yhteys on ollut kateissa. "V883 Orionis toimii tässä puuttuvana lenkkinä", Tobin sanoi. "Kiekoissa veden koostumus on hyvin samanlainen kuin oman aurinkokuntamme komeetoissa. Tämä vahvistaa ajatusta siitä, että planeettajärjestelmissä oleva vesi muodostui miljardeja vuosia sitten tähtienvälisessä avaruudessa jo ennen Aurinkoa. Vesi on sitten periytynyt sekä komeettoihin että maapallolle suhteellisen muuttumattomana."

Veden havaitseminen osoittautui kuitenkin hankalaksi. "Suurin osa planeettoja muodostavien kiekkojen vedestä jäätyy jääksi, joten se on yleensä piilossa meidän havainnoiltamme", eräs tutkimuksen kirjoittajista, Margot Leemker, Leidenin observatorion tohtoriopiskelija Alankomaista sanoi. Kaasumaisessa muodossa oleva vesi voidaan havaita molekyylien lähettämän sähkömagneettisen säteilyn ansiosta, kun ne pyörivät ja värähtelevät. Kun vesi on jään muodossa tilanne on monimutkaisempi, koska molekyylien liike on rajoitettua. Kaasumaisessa muodossa olevaa vettä löytyy kiekon keskustan alueelta tähden läheisyydestä, jossa on lämpimämpää. Nämä keskusalueet ovat kuitenkin itse pölykiekon kätkössä, ja ne ovat myös liian pieniä, jotta niitä voitaisiin havaita telekooppien avulla.

Onneksi juuri tehdyssä tutkimuksessa V883 Orionis -kiekon osoitettin olevan poikkeuksellisen kuuma. "Tähden dramaattinen energianpurkaus kuumentaa kiekon lämpötilaan, jossa vesi ei ole enää jään muodossa, vaan se on kaasua, ja pystymme havaitsemaan sitä", Tobin sanoi.

Havaitessaan V883 Orionis tähden kaasumaista vettä tutkimusryhmä käytti  Pohjois-Chilessä sijaitsevaa radioteleskooppien ALMA-verkostoa. Sen vuoksi, että laite on erittäin herkkä ja se pystyy havaitsemaan pieniä yksityiskohtia, he pystyivät sekä havaitsemaan itse veden, että määrittämään sen koostumuksen. Tämän lisäksi he pystyivät kartoittamaan sen jakautumisen kiekon sisällä. Havaintojen mukaan kiekossa on vähintään 1200 kertaa niin paljon vettä kuin kaikissa Maan merissä yhteensä.

Tutkimusryhmä toivoo tulevaisuudessa voivansa käyttää ESO:n tulevaa Erittäin suurta kaukoputkea (Extremely Large Telescope) ja sen ensimmäisen sukupolven METIS-instrumenttia. Tämä keski-infrapuna alueella havaitseva instrumentti pystyy erottamaan veden eri tilat tämän tyyppisissä kiekoissa vahvistaen ymmärrystämme veden kulkeutumisesta aina tähtiä muodostavista pilvistä planeettakuntiin saakka. "Saamme siten paljon täydellisemmän kuvan planeettoja muodostavien kiekkojen jäästä ja kaasusta", Leemker totesi lopuksi.

Lisätietoa

Tämä tutkimus on esitety artikkelissa “Deuterium-enriched water ties planet-forming disks to comets and protostars”, joka julkaistaan Nature (doi: 10.1038/s41586-022-05676-z) julkaisusarjassa. 

Tutkimusryhmässä mukana ovat olleet seuraavat tahot: John J. Tobin (National Radio Astronomy Observatory, Yhdysvallat), Merel L. R. van’t Hoff (Department of Astronomy, University of Michigan, Yhdysvallat), Margot Leemker (Leiden Observatory, Leiden University, Alankomaat [Leiden]) , Ewine F. van Dishoeck (Leiden), Teresa Paneque-Carreño (Leiden; European Southern Observatory, Saksa), Kenji Furuya (National Astronomical Observatory of Japan, Japani), Daniel Harsono (Institute of Astronomy, National Tsing Hua University, Taiwan), Magnus V. Persson (Department of Space, Earth and Environment, Chalmers University of Technology, Onsala Space Observatory, Ruotsi), L. Ilsedore Cleeves (Department of Astronomy, University of Virginia, Yhdysvallat), Patrick D. Sheehan (Center for Interdisciplinary Exploration and Research in Astronomy, Northwestern University, Yhdysvallat) ja Lucas Cieza (Núcleo de Astronomía, Facultad de Ingeniería, Millennium Nucleus on Young Exoplanets and their Moons, Universidad Diego Portales, Chile).

Euroopan eteläinen observatorio (ESO) tekee maailmankaikkeuden salaisuuksien tutkimisen mahdolliseksi kaikille tutkijoille ympäri maailman. Suunnittelemme, rakennamme ja operoimme huippuluokan maanpäälisiä observatorioita, joita tähtitieteilijät käyttävät jännittävien tutkimusongelmien ratkaisemiseen ja populääritähtitieteen edistämiseen. Me edistämme myös kansainvälistä yhteistyötä tähtitieteen alalla. ESO perustettiin hallitustenväliseksi järjestöksi vuonna 1962 ja nykyään ESO:ssa on mukana 16 jäsenvaltiota (Itävalta, Belgia, Tšekki, Tanska, Ranska, Suomi, Saksa, Irlanti, Italia, Alankomaat, Puola, Portugali, Espanja, Ruotsi, Sveitsi ja Yhdistynyt kuningaskunta) yhdessä Chilen isäntävaltion kanssa ja Australian kanssa strategisena kumppanina. ESO:n pääkonttori ja sen vierailijakeskus ja planetaario, ESO Supernova, sijaitsevat lähellä Müncheniä Saksassa. Chilen Atacaman aavikko on upea paikka, jossa on ainutlaatuiset olosuhteet tähtitaivaan tarkkailuun. Se on kaukoputkiemme sijoituspaikka. ESO:lla on kolme havaintopaikkaa: La Silla, Paranal ja Chajnantor. Paranalissa ESO operoi Very Large Telescope (VLT) kaukoputkea ja siihen liittyvää Very Large Telescope Interferometria sekä paikalla sijaitsevia taivaankartoitusteleskooppeja: infrapuna-alueella toimivaa VISTAa ja näkyvän valon alueella toimivaa VLT Survey Teleskooppia. Paranalissa ESO isännöi ja operoi myös Cherenkov Telescope Array South havaintolaitetta, joka on maailman suurin ja herkin gamma-alueella havaitseva observatorio. ESO operoi yhdessä kansainvälisten kumppaneiden kanssa APEX- ja ALMA-observatriota Chajnantorilla, jotka ovat kaksi millimetri- ja alimillimetrin alueella toimivaa havaintolaitetta. Rakennamme parhaillaan Paranalin lähelle Cerro Armazonesille "maailman suurinta silmää taivaalle”, ESO:n Erittäin suurta kaukoputkea (Extremely Large Telescope, ELT). Santiagossa, Chilessä sijaitsevista toimipisteistämme tuemme toimintaamme Chilessä ja olemme yhteydessä chileläisiin yhteistyökumppaneihin ja yhteiskuntaan.

Linkit

• Tutkimusartikkeli
• ALMA:n kuvia
• Median edustaja: Tilaa uutiskirje saadaksesi julkaisusulun alaiset uutiset omalla kielelläsi 
• Tukija, onko sinulla kerrottavaa? Pitchaa oma tutkimuksesi! 

Yhteystiedot

John J. Tobin
National Radio Astronomy Observatory
Charlottesville, USA
Sähköposti: jtobin@nrao.edu

Margot Leemker
Leiden Observatory
Leiden, the Netherlands
Sähköposti: leemker@strw.leidenuniv.nl

Juan Carlos Muñoz Mateos
ESO Media Officer
Garching bei München, Germany
Puh.: +49 89 3200 6176
Sähköposti: press@eso.org

Pasi Nurmi (Lehdistön yhteyshenkilö Suomi)
ESO Science Outreach Network ja University of Turku
Turku, Finland
Puh.: +358 29 4504 358
Sähköposti: eson-finland@eso.org

Connect with ESO on social media