Resa med vatten från interstellära moln till beboeliga världar. Uppifrån vänster till nedre höger:vatten i ett kallt interstellärt moln, nära en ung, bildar stjärna med ett utflöde, i en protoplanetär skiva, i en komet och i haven på en exoplanet. De tre första stegen visar spektrumet av vattenånga som mäts av HIFI-instrumentet på Herschels rymdobservatorium. Signalerna från det kalla interstellära molnet och från den protoplanetära skivan har överdrivits i denna bild med en faktor 100 jämfört med de från de unga, bildar stjärna i mitten. Kredit:ESA/ALMA/NASA/L.E. Kristensen
Den holländska astronomen Ewine van Dishoeck (Leiden University, Nederländerna), tillsammans med ett internationellt team av kollegor, har skrivit en översikt över allt vi vet om vatten i interstellära moln tack vare Herschels rymdobservatorium. Artikeln, publiceras i tidskriften Astronomi &Astrofysik , sammanfattar befintlig kunskap och ger ny information om vattnets ursprung på nya, potentiellt beboelig, världar. Artikeln förväntas fungera som ett referensverk under de kommande tjugo åren.
Hur och var vatten bildas i det interstellära rymden och hur det så småningom hamnar på en planet som jorden var inte väl förstått för 10 år sedan. En anledning till detta är att observationer som görs med markbaserade teleskop påverkas av vattenånga i vår egen atmosfär. År 2009, ESA lanserade det fjärrinfraröda rymdteleskopet Herschel. Ett av Herschels huvudmål var att forska om vatten i rymden. Herschel var i tjänst fram till 2013. Av särskild betydelse var HIFI-instrumentet byggt under holländskt ledarskap, även känd som "molekyljägaren." Under de senaste åren, dussintals vetenskapliga artiklar har publicerats baserat på Herschels vattendata. Nu har dessa resultat kombinerats och utökats med nya insikter.
Den nya studien beskriver vattnets resa genom stjärnbildningsprocessen, inklusive de mellanstadier som tills nu, fick mindre uppmärksamhet. Tidningen visar att det mesta av vattnet bildas som is på små dammpartiklar i kalla och tunna interstellära moln. När ett moln kollapsar till nya stjärnor och planeter, detta vatten är till stor del bevarat och förankras snabbt i stenstora dammpartiklar.. I den roterande skivan runt den unga stjärnan, dessa småsten utgör sedan byggstenarna för nya planeter.
Vidare, forskarna har räknat ut att de flesta nya solsystem föds med tillräckligt med vatten för att fylla flera tusen hav. Ewine van Dishoeck:"Det är fascinerande att inse att när du dricker ett glas vatten, de flesta av dessa molekyler gjordes för mer än 4,5 miljarder år sedan i molnet från vilket vår sol och planeterna bildades."
Många av de tidigare Herschel-resultaten fokuserade på den heta vattenångan som framträdande syns och produceras rikligt nära att bilda stjärnor. Men det heta vattnet går förlorat till rymden genom de kraftfulla utflödena från den unga stjärnan. När jag skrev recensionen, forskarna fick mer och mer insikt i den kalla vattenångans och isens kemi. Till exempel, de kunde visa att interstellär is växer på dammpartiklar lager för lager. De baserade denna slutsats på de svaga signalerna från tungt vatten (HDO och D 2 O istället för H 2 O).
I framtiden, forskare hoppas kunna studera mer vatten i universum, speciellt vid bildandet av planetsystem. Dock, det kan ta ett tag. Nästa rymdteleskop jämförbart med Herschel planeras att skjutas upp tidigast 2040. Ewine van Dishoeck:"Det fanns en chans att ett 'vattenteleskop' skulle gå ut i rymden runt 2030, men det projektet lades ner. Det är synd, men det var en extra anledning för vårt team att skriva vattenöversikten. På så sätt har vi ett kollektivt minne för när ett nytt uppdrag kommer."
Dessutom, i slutet av 2021, rymdteleskopet James Webb kommer att skjutas upp. Den kommer att innehålla MIRI-instrumentet, byggt av europeiskt-amerikanskt partnerskap, som kommer att kunna avslöja en del av vattenfärdplanen som har varit utom räckhåll fram till nu. MIRI kommer att kunna detektera varm vattenånga i de innersta zonerna av dammskivor. Medförfattare Michiel Hogerheijde (Leiden University och University of Amsterdam):"Herschel har redan visat att planetbildande skivor är rika på vattenis. Med MIRI kan vi nu följa det spåret in i de regioner där jordliknande planeter bildas."
ALMA-teleskopen i Chile kan observera vattenånga i rymden från marken. Detta inkluderar vatten i avlägsna galaxer där vattenlinjerna har flyttats bort från dem i jordens atmosfär. Medförfattare Lars Kristensen (Köpenhamns universitet, Danmark) tillägger:"Tack vare Herschels arv, vi kan tolka dessa ALMA-data mycket bättre."
"Vatten i stjärnbildande regioner:Fysik och kemi från moln till skivor som undersökts av Herschel-spektroskopi" har godkänts för publicering i Astronomi &Astrofysik .
