Vattnet på jorden: äldre än solen?

Upptäckten av vatten i ett tidigt stadie av planetbildning, med samma kemiska signatur som det på jorden, förstärker teorin om att det stora blå vår planet inhyser är äldre än självaste solen. 

Orions stjärnbild är en av de mest välkända figurerna på natthimlen. Förutom sin tydliga siluett och sitt utmärkande bälte av de tre vise männen, så gömmer han något ännu mer spektakulärt; födelsen av ett nytt solsystem. Det är kring den unga stjärnan V883 Orionis, över 1000 ljusår från oss, som processen är i full gång. Stjärnan befinner sig i mitten av en roterande skiva av gas och stoft, som utgör grunden till framtida himlakroppar som asteroider och planeter. Med hjälp av teleskopet ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) har forskare, med John J. Tobin (astronom vid National radio Astronomy Observatory i USA) i spetsen, kunnat studera vattnet i skivan. Vanligtvis är vattnet i dessa miljöer bundet som is, vilket gör det mycket svårare att observera jämfört med gas, eller i detta fall vattenånga. Det är här V883 Orionis skiljer sig från andra unga stjärnor, då den alstrar betydligt mer energi än genomsnittet tack vare utbrott på stjärnans yta. Denna energi är tillräcklig för att delvis förånga vattnet i sin omgivning och möjliggöra för mer ingående studier av kemin bakom vattenmolekylerna.

Det man har undersökt är andelen olika typer av vattenmolekyler i den protoplanetära skivan. Det rör sig om den vanliga vattenmolekylen, som består av en syreatom och två väteatomer, och så kallat tungt vatten där den ena väteatomen är utbytt mot en tyngre isotop av väte: deuterium. Dessa två molekyler bildas vid olika förutsättningar vilket innebär att deras relativa halt agerar som ett fingeravtryck för vattnet och gör det möjligt att spåra dess ursprung. Med hjälp av detta har man kunnat fastställa vattnets signatur och jämföra det med vatten som finns här på jorden.

Man har tidigare kunnat observera hur vatten gått från gasmoln till unga stjärnor och vidare till kometer och planeter, men vad man saknat har varit länken mellan de unga stjärnorna och kometer.

– V883 Orionis är den saknade länken i detta fall, säger Tobin. Sammansättningen av vattnet i skivan är mycket lik den hos kometer i vårt eget solsystem. Detta bekräftar teorin att vattnet i planetsystem bildades i den interstellära rymden för miljarder år sedan, innan solen bildades, och har ärvts av både kometerna och jorden utan att påverkas nämnvärt.

Denna upptäckt hade inte varit möjlig utan ALMA, det nätverk av radioteleskop som återfinns i norra Chile. Genom att koppla samman flertalet teleskop har man kunnat öka känsligheten enormt, vilket har möjliggjort för detaljerade mätningar av sammansättningen hos den mycket avlägsna vattenångan. En person som var inblandad i projektets tidiga skede, som handlade om att få observationstid hos ALMA, var den svenska astronomen Magnus Persson, då aktiv forskare på Onsala rymdobservatorium vid Chalmers tekniska högskola. 

– Målet är att kunna följa vattnets sammansättning från stjärnbildning till planetformation för att se hur det förändras, berättar Persson för Populär Astronomi. Det man har kunnat se är att vattnet kring de unga objekten är mycket likt det som finns på vår planet, vilket tyder på att kvoten mellan tungt och vanligt vatten förändras mycket lite efter att vattnet skapats. Genom att jämföra dessa fingeravtryck hos vatten från olika platser i universum kan man dra slutsatser om hur mycket vatten som kommit till jorden via kometer. Man kan i förlängningen också ta reda på om platsen där solsystem bildas har någon inverkan på kvoten och hur detta i sin tur hänger samman med till exempel uppkomsten av liv på exoplaneter.

Vill man läsa mer om upptäckten kan man göra det i artikeln ”Deuterium-enriched water ties planet-forming disks to comets and protostars”, doi: 10.1038/s41586-022-05676-z, i tidskriften Nature.