Materien mellan stjärnorna i en galax – kallad det interstellära mediet – består inte bara av gas, men också av mycket damm. Någon gång i tiden, stjärnor och planeter har sitt ursprung i en sådan miljö, eftersom dammpartiklarna kan klumpa ihop sig och smälta samman till himlakroppar. Viktiga kemiska processer äger också rum på dessa partiklar, från vilka komplexa organiska – möjligen till och med prebiotiska – molekyler uppstår.

Dock, för att dessa processer ska vara möjliga, det måste finnas vatten. I särskilt kalla kosmiska miljöer, vatten uppstår i form av is. Tills nu, dock, sambandet mellan is och damm i dessa områden i rymden var oklar. Ett forskarlag från Friedrich Schiller University Jena och Max Planck Institute for Astronomy har nu bevisat att dammpartiklarna och isen är blandade. De rapporterar sina resultat i det aktuella numret av forskningstidskriften Natur astronomi .

Bättre modellering av fysikalisk-kemiska processer i rymden

"Tills nu, vi visste inte om is är fysiskt separerad från dammet eller blandad med enskilda dammdelar, " förklarar Dr. Alexey Potapov från University of Jena. "Vi jämförde spektra av laboratorietillverkade silikater, vattenis och deras blandningar med astronomiska spektra av protostellära höljen och protoplanetära skivor. Vi konstaterade att spektra är kongruenta om silikatdamm och vattenis blandas i dessa miljöer."

Astrofysiker kan få värdefull information från dessa data. "Vi måste förstå olika fysiska förhållanden i olika astronomiska miljöer, för att förbättra modelleringen av fysikalisk-kemiska processer i rymden, " säger Potapov. Detta resultat skulle göra det möjligt för forskare att bättre uppskatta mängden material och att göra mer exakta uttalanden om temperaturerna i olika regioner av interstellära och cirkumstellära media.

Vatten fångat i damm

Genom experiment och jämförelser, forskare vid universitetet i Jena observerade också vad som händer med vatten när temperaturen ökar och isen lämnar den fasta kropp som den är bunden till och går över i gasfasen vid cirka 180 Kelvin (-93 grader Celsius).

"Vissa vattenmolekyler är så starkt bundna till silikatet att de stannar kvar på ytan eller inuti dammpartiklar, ", säger Potapov. "Vi misstänker att sådant "fångat vatten" också finns på eller i dammpartiklar i rymden. Det är åtminstone vad som antyds av jämförelsen mellan de spektra som erhållits från laboratorieexperimenten och de i det som kallas det diffusa interstellära mediet. Vi hittade tydliga indikationer på att det finns fångade vattenmolekyler där."

Förekomsten av sådant vatten i fast tillstånd tyder på att komplexa molekyler också kan finnas på stoftpartiklarna i det diffusa interstellära mediet. Om vatten finns på sådana partiklar, det är inte långt till komplexa organiska molekyler, till exempel. Detta beror på att dammpartiklarna vanligtvis består av kol, bland annat, som, i kombination med vatten och under påverkan av ultraviolett strålning som den som finns i miljön, främjar bildningen av metanol, till exempel. Organiska föreningar har redan observerats i dessa områden av det interstellära mediet, men hittills har man inte vetat var de har sitt ursprung.

Närvaron av vatten i fast tillstånd kan också svara på frågor om ett annat grundämne:även om vi känner till mängden syre i det interstellära mediet, vi hade tidigare ingen information om var exakt en tredjedel av den finns. De nya forskningsresultaten tyder på att det fasta vattnet i silikater är en dold reservoar av syre.

Hjälper vatten i fast tillstånd vid bildandet av planeter?

Dessutom, det "fångade vattnet" kan hjälpa till att förstå hur dammet samlas, eftersom det skulle kunna främja vidhäftningen av mindre partiklar för att bilda större partiklar. Denna effekt kan till och med fungera vid planetbildning. "Om vi ​​lyckas bevisa att "instängt vatten" fanns – eller kunde existera – i jordens byggstenar, det kan möjligen till och med finnas nya svar på frågan om hur vattnet kom till jorden, säger Alexey Potapov. Men än så länge, det är bara antaganden som Jenaforskarna vill fortsätta med i framtiden.