Ett internationellt team, inklusive västerländska astrofysiker Els Peeters och Jan Cami, har hittat förstörelsen och ombildningen av en stor mängd vatten i en planetbildande skiva i hjärtat av Orionnebulosan.

Denna upptäckt möjliggjordes av en original multidisciplinär metod som kombinerar observationer från James Webb Space Telescope (JWST) och kvantfysikberäkningar.

Studien, en del av PDRs4All Early Release Science-programmet och leds av University Paris-Saclay Ph.D. student Marion Zannese, publicerades idag i Nature Astronomy .

PDRs4All är ett av 13 Early Release Science-program som valts ut av NASA för att demonstrera JWST:s kapacitet, vilket sammanför ett internationellt konsortium.

"Det är så imponerande att vi med bara några få pixlar av observationer, och med fokus på några av linjerna, faktiskt kan räkna ut att du har ett helt hav av vatten som avdunstar varje månad", säger Peeters, medansvarig utredare för PDRs4All och fakultetsmedlem vid Western's Institute for Earth and Space Exploration. "Denna upptäckt baserades på en liten bråkdel av våra spektroskopiska data. Det är spännande att vi har så mycket mer data att bryta och jag kan inte vänta med att se vad mer vi kan hitta."

Vatten är en viktig ingrediens för uppkomsten av liv som det för närvarande förstås. På jorden bildades det mesta av vattnet i våra hav långt innan solsystemets födelse, i kalla områden i det interstellära rymden vid -250°C. En bråkdel av detta vatten kunde dock ha förstörts och ombildats vid högre temperaturer (100–500°C) när solsystemet fortfarande bara var en skiva av gas och damm som kretsade runt vår unga begynnande sol.

För att förstå denna gåtfulla återvinning av vatten, pekade det internationella astronomiteamet JWST mot 'd203-506', en planetbildande skiva belägen i Orionnebulosan, en plantskola för planetsystem. Den intensiva ultravioletta strålningen som produceras av massiva stjärnor leder till förstörelse och återbildning av vatten i d203-506, vilket gör det till ett riktigt interstellärt laboratorium.

"James Webb-teleskopet är otroligt kraftfullt. Vi pratar inte om att hitta en nål i en höstack för denna upptäckt. Det här är en nål i en höstack gjord av nålar", säger Cami, professor i fysik och astronomi och PDRs4All-kärnmedlem.

Kvantsprång

Ett samarbete med kvantdynamikexperter från Madrid Deep Space Communications Complex (Spanien) och Leiden Observatory (Nederländerna) var nyckeln till att förstå hur bildning och förstörelse av molekyler som ligger mer än 1 000 ljusår bort kunde observeras.

När vatten förstörs av ultraviolett ljus frigörs en hydroxylmolekyl, följt av emission av fotoner som färdas hela vägen till JWST. Totalt uppskattas det att motsvarigheten till alla jordens hav vatten förstörs per månad och fylls på i d203-506-systemet.

Men historien slutar inte där. Genom en liknande mekanism avslöjar JWST att hydroxyl, en nyckelmellanprodukt i bildandet av vatten, också produceras i överflöd från atomärt syre. En del av vattnet som utgör jordens hav kunde ha gått igenom en sådan cykel.

Mer information: Marion Zannese et al, OH som en sond av varmvattencykeln i planetbildande skivor, Nature Astronomy (2024). DOI:10.1038/s41550-024-02203-0

Tillhandahålls av University of Western Ontario