ALMA将水在行星形成中的历史追溯到星际介质

研究附近一颗原恒星的科学家发现其星周盘中存在水。使用阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列 (ALMA) 进行的新观测标志着首次检测到水被继承到原行星盘中，而其成分没有发生重大变化。这些结果进一步表明，我们太阳系中的水在太阳出现之前形成了数十亿年。新的观察结果今天发表在《自然》杂志上。

V883 Orionis 是一颗原恒星，位于猎户座，距离地球约 1,305 光年。对这颗原恒星的新观察通过确认它们具有相似的成分，帮助科学家找到了星际介质中的水与我们太阳系中的水之间可能存在的联系。

“我们可以把水在宇宙中的路径想象成一条小径。国家科学基金会国家射电天文台 (NRAO) 的天文学家约翰·托宾 (John Tobin) 说：“我们知道端点是什么样子的，即行星和彗星上的水，但我们想追溯到水的起源。”和新论文的主要作者。“在此之前，我们可以将地球与彗星联系起来，将原恒星与星际介质联系起来，但我们无法将原恒星与彗星联系起来。V883 Ori 改变了这一点，并证明了该系统和我们太阳系中的水分子具有相似的氘和氢比例。”

观察原恒星周围星周盘中的水很困难，因为在大多数系统中，水以冰的形式存在。当科学家观察原恒星时，他们正在寻找水雪线或冰线，这是水从主要是冰转变为气体的地方，射电天文学可以详细观察到这一点。“如果雪线离恒星太近，就没有足够的气态水容易被探测到，尘埃盘可能会阻挡大量的水排放。但如果雪线距离恒星更远，就有足够的气态水可以被探测到，V883 Ori 就是这种情况，”托宾说，他补充说，原恒星的独特状态使这个项目成为可能。

V883 Ori 的圆盘非常大，而且温度刚好足以让其中的水从冰变成气体。这使得这颗原恒星成为研究射电波段太阳系生长和演化的理想目标。

“这一观察凸显了 ALMA 仪器在帮助天文学家研究对地球生命至关重要的事物：水方面的卓越能力，”国家科学基金会 ALMA 项目官员乔·佩斯 (Joe Pesce) 说。“了解在地球上对我们很重要的潜在过程，在银河系更遥远的区域看到，也有助于我们了解自然界的一般运作方式，以及我们的太阳系发展成我们所知道的过程所必须发生的过程今天。”

为了将 V883 Ori 原行星盘中的水与我们太阳系中的水联系起来，该团队使用 ALMA 的高灵敏度波段 5(1.6 毫米)和波段 6(1.3 毫米)接收器测量了它的成分，发现它在每个阶段之间保持相对不变太阳系形成：原恒星、原行星盘和彗星。“这意味着我们太阳系中的水早在太阳、行星和彗星形成之前就已经形成了。我们已经知道星际介质中有大量的水冰。我们的结果表明，这种水在太阳系形成过程中直接融入了太阳系，”密歇根大学天文学家、该论文的合著者 Merel van 't 'Hoff 说。“这令人兴奋，因为它表明其他行星系统也应该接收了大量的水。”

阐明水在彗星和微行星形成过程中的作用对于了解我们自己的太阳系是如何形成的至关重要。尽管太阳被认为是在密集的星团中形成的，而 V883 Ori 相对孤立，附近没有恒星，但这两者有一个重要的共同点：它们都是在巨大的分子云中形成的。

“众所周知，星际介质中的大部分水在云中的微小尘埃颗粒表面形成冰。当这些云在自身引力作用下坍塌并形成年轻恒星时，水最终会聚集在它们周围的圆盘中。最终，圆盘演化，冰冷的尘埃颗粒凝结形成一个包含行星和彗星的新太阳系。” “我们已经证明，云层中产生的水几乎没有改变地沿着这条轨迹前进。因此，通过观察 V883 Ori 盘中的水，我们基本上可以回顾过去，看看我们自己的太阳系年轻得多时的样子。”

托宾补充说：“到目前为止，我们太阳系发展过程中的水链是断裂的。V883 Ori 是这种情况下缺失的一环，我们现在在从彗星和原恒星到星际介质的水谱系中拥有一条完整的链条。”

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