ESO: Astrônomos encontram elo perdido da água existente no Sistema Solar

Com o auxílio do Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), os astrônomos detectaram vapor de água no disco de formação planetária situado em torno da estrela V883 Orionis. Esta água apresenta uma assinatura química que explica o percurso da água, desde as nuvens de gás onde se formam as estrelas até aos planetas, e apoia a ideia de que a água existente na Terra é ainda mais antiga do que o nosso Sol.

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Esta concepção artística mostra o disco de formação planetária que circunda a estrela V883 Orionis. Nas regiões mais exteriores do disco, a água encontra-se gelada e, por isso, não se consegue detectá-la facilmente. Uma intensa emissão de energia por parte da estrela aquece o disco interior, fazendo com que a temperatura seja suficiente para que a água passe ao estado gasoso e permitindo assim aos astrónomos detectá-la sem problemas. A imagem sobreposta mostra os dois tipos de moléculas de água estudadas no disco: água normal, composta por um átomo de oxigênio e dois átomos de hidrogênio, e a versão mais pesada, onde um dos átomos de hidrogênio é substituído por deutério, um isótopo pesado do hidrogênio. Créditos: ESO/L. Calçada

John J. Tobin, astrônomo no Observatório Nacional de Astronomia Rádio, EUA, e autor principal do estudo publicado hoje na revista Nature, disse:

Podemos agora traçar as origens da água no nosso Sistema Solar para antes da formação do Sol.

John J. Tobin

Esta descoberta foi feita ao estudar a composição da água em V883 Orionis, um disco de formação planetária situado a cerca de 1300 anos-luz de distância da Terra. Quando uma nuvem de gás e poeira colapsa para formar uma estrela no seu centro, forma-se igualmente um disco de material da nuvem em torno da estrela. Ao longo de vários milhões de anos, a matéria deste disco aglomera-se para formar cometas, asteroides e, eventualmente, planetas. Tobin e a sua equipe usaram o ALMA, do qual o ESO é um parceiro, para medir as assinaturas químicas da água e o seu percurso desde a nuvem de formação estelar até aos planetas.

A água é normalmente constituída por um átomo de oxigénio e dois átomos de hidrogênio. A equipe de Tobin estudou uma versão ligeiramente mais pesada da água onde um dos átomos de hidrogénio é substituído por um de deutério — um isótopo pesado do hidrogénio. Uma vez que a água simples e a água pesada se formam sob condições diferentes, o seu quociente pode ser usado para traçar quando e onde é que essa água se formou. Por exemplo, este quociente em alguns cometas do Sistema Solar mostrou ser semelhante ao da água na Terra, sugerindo que os cometas poderão ter trazido água para o nosso planeta.

A viagem da água desde as nuvens até às estrelas jovens e posteriormente dos cometas aos planetas já foi observada anteriormente, mas até agora faltava-nos o elo entre as jovens estrelas e os cometas.

V883 Orionis nos provê o elo que faltava. A composição da água no disco é muito semelhante à dos cometas no nosso Sistema Solar, o que confirma a ideia de que a água nos sistemas planetários se formou há milhares de milhões de anos atrás, antes do Sol, no espaço interestelar e foi herdada tanto pelos cometas como pela Terra, relativamente inalterada.

John J. Tobin
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Estas imagens capturadas pelo ALMA do disco que circunda a estrela V883 Orionis mostram a distribuição espacial da água (à esquerda, a laranja), da poeira (no meio, a verde) e do monóxido de carbono (à direita, a azul). Uma vez que a água congela a temperaturas mais elevadas do que o monóxido de carbono, apenas pode ser detectada sob a sua forma gasosa mais perto da estrela. O buraco aparente nas imagens da água e do monóxido de carbono deve-se à emissão brilhante da poeira, que atenua a emissão do gás. Créditos: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), J. Tobin, B. Saxton (NRAO/AUI/NSF)

Contudo, observar a água revelou-se bastante complicado. A coautora Margot Leemker, estudante de doutoramento no Observatório de Leiden, nos Países Baixos, afirmou:

A maioria da água existente nos discos de formação planetária encontra-se sob a forma de gelo e, consequentemente, normalmente escondida dos nossos olhos.

Margot Leemker

O vapor de água pode ser detectado graças à radiação emitida pelas moléculas ao rodar e vibrar, mas isso é mais complicado quando a água se encontra congelada, porque o movimento das moléculas é mais restrito. A água sob a forma de gás pode ser encontrada em direção ao centro dos discos, perto da estrela, onde a temperatura é mais elevada. No entanto, estas regiões mais internas encontram-se escondidas no disco propriamente dito, sendo também muito pequenas para poderem ser observadas com os nossos telescópios.

Felizmente, o disco de V883 Orionis mostrou ser, em estudo recente (Leia ALMA: Explosão estelar permite visualizar a linha de neve d’água em V883 Orionis), incomumente quente. Uma enorme quantidade de energia emitida pela estrela aquece o disco “até uma temperatura em que a água já não se encontra sob a forma de gelo mas sim gás, o que nos permite detectá-la”, explicou Tobin.

A equipe utilizou o ALMA, uma rede de telescópios no norte do Chile, para observar o vapor de água em V883 Orionis. Graças à sensibilidade e capacidade para observar pequenos detalhes do ALMA, foi possível não só detectar a água mas também determinar a sua composição, para além de se conseguir mapear a sua distribuição no disco. A partir destas observações, descobriu-se que este disco contém, pelo menos, 1.200 vezes a quantidade de água que existe em todos os oceanos da Terra.

No futuro, a equipe espera usar o Extremely Large Telescope do ESO e o seu instrumento de primeira geração, o METIS, que trabalhará no infravermelho médio, para resolver o vapor de água neste tipo de discos, fortalecendo assim o elo do percurso da água desde as nuvens de formação estelar até aos sistemas solares.

Um estudo assim nos fornece uma visão muito mais completa do gelo e gás nos discos de formação planetária.

Margot Leemker
Com o auxílio do ALMA, os astrônomos detectaram a assinatura química do vapor de água no disco de formação planetária que circunda a estrela V883 Orionis. Esta descoberta atua como um carimbo temporal para a formação da água, permitindo-nos traçar o seu percurso. Créditos:ESO; Dirigido por: Herbert Zodet and Martin Wallner; Edição: Herbert Zodet; Suporte técnico WEB: Gurvan Bazin & Raquel Yumi Shida; Roteiro: Rebecca Forsberg & Rory Harris; Música: Stellardrone — Satellite. Imagens: ESO, ALMA (ESO/NAOJ/NRAO) and L. Calçada. Consultores: Paola Amico & Mariya Lyubenova.
Aproximação à jovem estrela V883 Orionis. Esta estrela está atualmente em erupção, o que fez com que a linha de neve da água se deslocasse para longe da estrela, permitindo assim a sua detecção pela primeira vez, com o auxílio do ALMA. Créditos: ESO/Digitized Sky Survey 2/N. Risinger (skysurvey.org)/M. Kornmesser. Música: Johan B. Monell

Informações adicionais

Este trabalho de investigação foi descrito no artigo intitulado “Deuterium-enriched water ties planet-forming disks to comets and protostars” publicado na revista Nature (doi: 10.1038/s41586-022-05676-z).

O time da pesquisa é composto por John J. Tobin (National Radio Astronomy Observatory, EUA), Merel L. R. van’t Hoff (Department of Astronomy, University of Michigan, EUA), Margot Leemker (Observatório de Leiden, Universidade de Leiden, Países Baixos [Leiden]) , Ewine F. van Dishoeck (Leiden), Teresa Paneque-Carreño (Leiden; Observatório Europeu do Sul, Alemanha), Kenji Furuya (Observatório Astronômico Nacional do Japão, Japão), Daniel Harsono (Instituto de Astronomia, Universidade Nacional Tsing Hua, Taiwan), Magnus V. Persson (Departamento do Espaço, da Terra e do Ambiente, Universidade Técnica de Chalmers, Observatório Espacial de Onsala, Suécia), L. Ilsedore Cleeves (Department of Astronomy, University of Virginia, EUA), Patrick D. Sheehan (Center for Interdisciplinary Exploration and Research in Astronomy, Northwestern University, EUA) e Lucas Cieza (Núcleo de Astronomia, Facultad de Ingeniería, Millennium Nucleus on Young Exoplanets and their Moons, Universidad Diego Portales, Chile).

Fonte

ESO: eso2302 — Science Release – Astronomers find missing link for water in the Solar System

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eso2302a-Deuterium-enriched-water-ties-planet-forming-disks-to-comets-and-protostars

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