Bagaimana uap air menulis ulang sejarah

Para peneliti yang menggunakan observatorium ALMA mendeteksi uap air di piringan di sekitar bintang muda di wilayah tempat kemungkinan terbentuknya planet. Penemuan ini penting karena air sangat penting bagi kehidupan dan memainkan peran penting dalam pembentukan planet. Temuan ini mengungkap sejumlah besar air, yang menunjukkan potensi dampaknya terhadap komposisi kimia planet-planet yang baru lahir. (Artis konsep.) Kredit: SciTechDaily.com

Uap air telah ditemukan di piringan planet di sekitar bintang muda, mengungkap kondisi yang mengarah pada pembentukan planet dan potensi pengaruhnya terhadap komposisi planet.

Para ilmuwan telah menemukan uap air di piringan di sekitar bintang muda, tepatnya di tempat terbentuknya planet. Air merupakan unsur utama kehidupan di Bumi dan juga diyakini memainkan peran penting dalam pembentukan planet. Namun, hingga saat ini kami belum dapat memetakan bagaimana air didistribusikan dalam piringan dingin yang stabil – jenis piringan yang menawarkan kondisi paling menguntungkan bagi pembentukan planet di sekitar bintang. Temuan baru ini dimungkinkan oleh Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), yang bermitra dengan European Southern Observatory (ESO).

Pengamatan luar biasa dengan ALMA

“Saya tidak pernah membayangkan bahwa kita bisa menangkap gambar lautan uap air di wilayah yang sama dengan kemungkinan terbentuknya sebuah planet,” kata Stefano Facchini, astronom di Universitas Milan di Italia yang memimpin penelitian yang dipublikasikan pada 29 Astronomi alam. Pengamatan tersebut mengungkapkan setidaknya tiga kali lebih banyak air daripada seluruh lautan di bumi di piringan bagian dalam bintang muda mirip Matahari HL Tauri, yang terletak 450 tahun cahaya dari Bumi di konstelasi Taurus.

Para astronom telah menemukan uap air dalam piringan di sekitar bintang muda, tepatnya di tempat terbentuknya planet. Dalam gambar ini, pengamatan baru dari Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), yang bermitra dengan ESO, menunjukkan uap air dalam nuansa biru. Di dekat pusat cakram, tempat tinggal bintang muda, lingkungannya lebih panas dan gasnya lebih terang. Cincin berwarna merah tersebut merupakan pengamatan ALMA sebelumnya yang menunjukkan sebaran debu di sekitar bintang. Kredit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/S. Facchini dkk.

“Sungguh luar biasa bahwa kami tidak hanya dapat mendeteksi, tetapi juga menangkap gambar secara detail dan menganalisis uap air secara spasial yang berjarak 450 tahun cahaya,” tambah rekan penulis Leonardo Testi, astronom di Universitas Bologna di Italia. Pengamatan “terselesaikan secara spasial” dengan ALMA memungkinkan para astronom menentukan distribusi air di berbagai wilayah piringan. “Berpartisipasi dalam penemuan penting pada cakram HL Tauri yang ikonik melebihi apa yang saya harapkan dari pengalaman penelitian pertama saya di bidang astronomi,” tambah Mathieu Vander Donckt dari Universitas Liège di Belgia, yang merupakan mahasiswa master pada saat itu. partisipasi. dalam penelitian.

Cakram protoplanet HL Tauri dari ALMA. Yang disebut “cakram ALMA” seperti yang terlihat dalam cahaya inframerah di sekitar bintang jauh. Kredit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), NSF

Peran air dalam pembentukan planet

Sejumlah besar air telah ditemukan di wilayah di mana terdapat celah yang diketahui pada piringan HL Tauri. Celah berbentuk cincin terbentuk pada piringan yang kaya akan gas dan debu dengan mengorbit benda-benda mirip planet muda saat mereka mengumpulkan material dan tumbuh. “Gambar terbaru kami mengungkapkan sejumlah besar uap air pada berbagai jarak dari bintang, termasuk celah di mana sebuah planet berpotensi terbentuk saat ini,” kata Facchini. Hal ini menunjukkan bahwa uap air ini dapat mempengaruhi komposisi kimia planet yang terbentuk di wilayah tersebut.

Gambar ini menunjukkan wilayah dimana HL Tauri berada. HL Tauri adalah bagian dari salah satu kawasan pembentuk bintang terdekat dengan Bumi dan memiliki banyak bintang muda serta awan debu di dekatnya. Gambar ini dibuat dari gambar yang merupakan bagian dari Digitized Sky Survey 2. Kredit: ESO/Digitized Sky Survey 2

Mengamati air dengan teleskop darat tidaklah sulit karena melimpahnya uap air di atmosfer bumi menurunkan sinyal astronomi. ALMA, yang dioperasikan oleh ESO bersama mitra internasionalnya, adalah serangkaian teleskop di Gurun Atacama Chili pada ketinggian sekitar 5.000 meter, dibangun di lingkungan tinggi dan kering khusus untuk meminimalkan degradasi ini, memberikan kondisi pengamatan yang luar biasa. “Sampai saat ini, ALMA adalah satu-satunya instrumen yang mampu memecahkan air secara spasial di piringan pembentuk planet yang sejuk,” kata rekan penulis Wouter Vlemmings, seorang profesor di Universitas Teknologi Chalmers di Swedia.[1]

Video ini membawa Anda ke lokasi HL Tauri di konstelasi Taurus, 450 tahun cahaya dari Bumi. Urutan awal memperlihatkan pemandangan luas, termasuk gugus bintang Pleiades dan Hyades dengan mata telanjang. Kemudian memperbesar gambar cahaya tampak yang sangat detail dari Teleskop Luar Angkasa Hubble NASA/ESA dan diakhiri dengan pengamatan ALMA terhadap uap air di piringan HL Tauri. Kredit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/NASA/ESA/N. Bangkit (skysurvey.org). Musik: Astral Elektronik

Implikasi untuk penelitian masa depan

“Sungguh menarik melihat langsung pada gambar bagaimana molekul air dilepaskan dari partikel debu es,” kata Elizabeth Humphreys, astronom ESO yang juga berpartisipasi dalam penelitian ini. Butiran debu yang menyusun piringan tersebut adalah benih pembentukan planet, yang bertabrakan dan berkelompok menjadi benda-benda yang semakin besar yang mengorbit bintang. Para astronom percaya bahwa tempat yang suhunya cukup dingin sehingga air dapat membeku menjadi partikel debu, akan membuat benda-benda saling menempel dengan lebih efektif – tempat yang ideal bagi pembentukan planet. “Hasil kami menunjukkan bagaimana keberadaan air dapat mempengaruhi evolusi sistem planet, seperti yang terjadi 4,5 miliar tahun lalu di tata surya kita,” tambah Facchini.

Dengan peningkatan yang sedang dilakukan pada Teleskop Sangat Besar (ELT) ALMA dan ESO yang akan diluncurkan dalam satu dekade, pembentukan planet dan peran air di dalamnya akan menjadi lebih jelas dari sebelumnya. Secara khusus, METIS, ELT Imager dan Spectrograph inframerah-tengah, akan memberi para astronom pandangan tak tertandingi tentang wilayah dalam piringan pembentuk planet tempat terbentuknya planet seperti Bumi.

HL Tauri adalah bintang muda yang dikelilingi oleh piringan berdebu yang luar biasa. Letaknya di konstelasi terkenal Taurus (Banteng) yang ditunjukkan dalam gambar ini, dekat dengan gugus bintang Pleiades dan Hyades yang dapat dilihat dengan mata telanjang. Bintang ini terlalu redup untuk dilihat dengan teleskop kecil. Kredit: ESO, IAU dan Sky & Telescope

Komentar

Pengamatan baru menggunakan receiver band 5 dan 7 pada ALMA. Pita 5 dan 7 masing-masing merupakan pengembangan Eropa di Chalmers/NOVA (Sekolah Penelitian Astronomi Belanda) dan IRAM (Institut de radioastronomie millimétrique), dengan keterlibatan ESO. Band 5 memperluas ALMA dengan rentang frekuensi baru yang khusus untuk mendeteksi dan mencitrakan air di alam semesta lokal. Dalam studi ini, tim mengamati tiga garis spektral air pada dua rentang frekuensi penerima untuk memetakan gas pada suhu berbeda di piringan.

Referensi: “Pengamatan ALMA yang terselesaikan terhadap air di unit astronomi bagian dalam cakram HL Tau” oleh Stefano Facchini, Leonardo Testi, Elizabeth Humphreys, Mathieu Vander Donckt, Andrea Isella, Ramon Wrzosek, Alain Baudry, Malcom D. Gray, Anita MS Richards , dan Wouter Vlemmings, 29 Februari 2024, Astronomi Alam.
DOI: 10.1038/s41550-024-02207-w

Tim ini terdiri dari S. Facchini (Departemen Fisika, Universitas Milan, Italia), L. Testi (Departemen Fisika dan Astronomi “Augusto Righi”, Universitas Bologna, Italia), E. Humphreys (European Southern Observatory, Jerman, ALMA Joint Observatory, Chile; European Southern Observatory Vitacura, Chile), M. Vander Donckt (Space Science, Technology and Astrophysics (STAR) Institute, University of Liège, Belgia), A. Isella (Departemen Fisika dan Astronomi, Rice University, Amerika Serikat [Rice]), R. Wrzosek (Rice), A. Baudry (Laboratoire d’Astrophysique de Bordeaux, Univ. de Bordeaux, CNRS, Prancis), MD Gray (Institut Penelitian Astronomi Nasional Thailand, Thailand), AMS Richards (JBCA, Universitas Manchester, Inggris), W. Vlemmings (Departemen Luar Angkasa, Bumi dan Lingkungan, Universitas Teknologi Chalmers, Swedia).