Une découverte étonnante révèle l’origine de l’eau dans notre système solaire des milliards d’années avant le soleil

ALMA retrace l’histoire de l’eau dans la formation des planètes jusqu’au milieu interstellaire

Les observations d’eau dans le disque se formant autour de la protoétoile V883 Ori ont révélé des indices sur la formation de comètes et de planètes mineures dans notre système solaire.

Des scientifiques étudiant une protoétoile proche ont détecté de l’eau dans son disque circonférentiel. Les nouvelles observations faites avec l’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) représentent la première détection d’eau héréditaire dans un disque protoplanétaire sans changements significatifs dans sa composition. Ces découvertes indiquent également que l’eau de notre système solaire s’est formée des milliards d’années avant le soleil. Les nouvelles observations ont été publiées le 8 mars dans la revue nature.

Cette vue d’artiste montre le disque de formation planétaire autour de l’étoile V883 Orionis. L’eau à l’extérieur du disque est gelée sous forme de glace et n’est donc pas facilement détectable. Un souffle d’énergie de l’étoile chauffe le disque intérieur à une température où l’eau est gazeuse, permettant aux astronomes de la détecter.
L’image en médaillon montre les deux types de molécules d’eau étudiées dans ce disque : l’eau pure, avec un atome d’oxygène et deux atomes d’hydrogène, et une version plus lourde où l’atome d’hydrogène est remplacé par le deutérium, un isotope lourd de l’hydrogène.
Crédit : ESO/L. Calzada

V883 Orionis est une protoétoile située à environ 1 305 années-lumière de la Terre dans la constellation d’Orion. De nouvelles observations de cette protoétoile ont aidé les scientifiques à trouver un lien possible entre l’eau du milieu interstellaire et l’eau de notre système solaire en confirmant qu’elles ont une composition similaire.

V883 Ori est une protoétoile unique dont la température est suffisamment chaude pour que l’eau de son disque environnant se transforme en gaz, permettant aux radioastronomes de retracer les origines de l’eau. De nouvelles observations utilisant l’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) ont fourni la première confirmation que l’eau de notre système solaire pourrait provenir du même endroit que l’eau des disques entourant les protoétoiles ailleurs dans l’univers : le milieu interstellaire. Crédit : ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), B. Saxton (NRAO/AUI/NSF)

« Nous pouvons considérer le chemin de l’eau à travers l’univers comme un chemin. Nous savons à quoi ressemblent les extrémités, qui sont l’eau sur les planètes et les comètes, mais nous voulions retracer ce chemin jusqu’aux origines de l’eau., auteur principal du nouveau papier. » Auparavant, nous pouvions associer la Terre aux comètes et les protoétoiles au milieu interstellaire, mais nous ne pouvions pas associer les protoétoiles aux comètes. V883 Ori a changé cela, prouvant que les molécules d’eau dans ce système et dans notre système solaire ont une proportion similaire de deutérium et d’hydrogène. « 

Utiliser[{ » attribute= » »>ALMA, astronomers have detected the chemical signature of gaseous water in the planet-forming disc V883 Orionis. This acts as a timestamp for the water’s formation, allowing us to trace its journey. Credit: ESO

Observing water in the circumstellar disks around protostars is difficult because in most systems water is present in the form of ice. When scientists observe protostars they’re looking for the water snow line or ice line, which is the place where water transitions from predominantly ice to gas, which radio astronomy can observe in detail. “If the snow line is located too close to the star, there isn’t enough gaseous water to be easily detectable and the dusty disk may block out a lot of the water emission. But if the snow line is located further from the star, there is sufficient gaseous water to be detectable, and that’s the case with V883 Ori,” said Tobin, who added that the unique state of the protostar is what made this project possible.

V883 Ori’s disk is quite massive and is just hot enough that the water in it has turned from ice to gas. That makes this protostar an ideal target for studying the growth and evolution of solar systems at radio wavelengths.

La plupart du temps, l’eau des disques entourant les protoétoiles est sous forme de glace, s’étendant parfois à de longues distances de l’étoile. Dans le cas du V883 Ori, la ligne de neige s’étend à 80 unités de l’étoile ; C’est 80 fois la distance entre la Terre et le Soleil, comme le montre cette animation. Mais la température dans V883 Ori est suffisamment élevée pour qu’une grande partie de la glace de son disque se transforme en gaz, ce qui permet aux radioastronomes d’étudier cette eau en détail. De nouvelles observations utilisant l’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) révèlent que l’eau dans le disque de V883 Ori a la même composition de base que l’eau sur les objets de notre système solaire. Cela indique que l’eau de notre système solaire s’est formée des milliards d’années avant le soleil dans le milieu interstellaire. Crédit : ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), J. Tobin, P. Saxton (NRAO/AUI/NSF)

« Cette observation met en évidence les capacités remarquables de l’instrument ALMA pour aider les astronomes à étudier quelque chose d’aussi important pour la vie sur Terre : l’eau », a déclaré Joe Pesci, responsable du programme de la National Science Foundation à ALMA. « Comprendre les processus fondamentaux qui sont importants pour nous sur Terre, et qui sont observés bien au-delà de la galaxie, éclaire également notre connaissance du fonctionnement de la nature en général et des processus qui doivent se produire pour que notre système solaire évolue vers ce que nous connaissons. aujourd’hui. »

Pour connecter l’eau du disque protoplanétaire de V883 Ori à celle de notre système solaire, l’équipe a mesuré sa composition à l’aide des récepteurs très sensibles de la bande 5 (1,6 mm) et de la bande 6 (1,3 mm) d’ALMA et a constaté qu’elle reste relativement inchangée entre chaque étape. de la formation du système solaire : protoétoile, disque protoplanétaire et comètes. Cela signifie que l’eau de notre système solaire s’est formée bien avant la formation du soleil, des planètes et des comètes. Nous savions déjà qu’il y a beaucoup de glace d’eau dans le milieu interstellaire. Nos résultats montrent que cette eau a été incorporée directement dans le système solaire lors de sa formation, a déclaré Merrill van te Hoff, astronome à l’Université du Michigan et l’un des auteurs de l’article. « C’est excitant parce que cela indique que d’autres systèmes planétaires doivent également avoir reçu des quantités importantes d’eau. »

En cherchant les origines de l’eau dans notre système solaire, les scientifiques se sont arrêtés sur V883 Orionis, une protoétoile unique située à 1 305 années-lumière de la Terre. Contrairement à d’autres protoétoiles, le disque circumstellaire entourant V883 Ori est suffisamment chaud pour que l’eau qu’il contient soit passée de la glace au gaz, ce qui permet aux scientifiques d’étudier sa composition à l’aide de radiotélescopes tels que ceux de l’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA ). Les observations radio de la protoétoile ont révélé la présence d’eau (orange), de traînée de poussière (vert) et de gaz moléculaire (bleu) indiquant que l’eau sur cette protoétoile est très similaire à l’eau sur les objets de notre système solaire, et peut avoir le mêmes origines. Crédit : ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), J. Tobin, B. Saxton (NRAO/AUI/NSF)

Élucider le rôle de l’eau dans le développement des comètes et des planètes mineures est essentiel pour comprendre comment notre système solaire a évolué. Bien que l’on pense que le Soleil s’est formé dans un amas dense d’étoiles et que V883 Ori est relativement isolé sans étoiles à proximité, les deux ont une chose importante en commun : ils se sont tous deux formés dans des nuages ​​moléculaires géants.

« On sait que la majeure partie de l’eau dans le milieu interstellaire se forme sous forme de glace à la surface de minuscules grains de poussière dans les nuages. Lorsque ces nuages ​​s’effondrent sous leur propre gravité et forment de jeunes étoiles, l’eau se retrouve dans les disques qui les entourent. Finalement, les disques évoluent et les grains de poussière glacés coagulent pour former un nouveau système solaire avec des planètes et des comètes », a déclaré Margot Lemker, astronome à l’Université de Leiden et co-auteur de l’article. « Nous avons montré que l’eau qui est produite dans les nuages ​​suit ce chemin presque inchangé. Ainsi, en regardant l’eau dans le disque de V883 Ori, nous regardons en arrière dans le temps et voyons à quoi ressemblait notre système solaire quand il était beaucoup plus jeune. .”

V883 Orionis est une protoétoile située à environ 1 305 années-lumière de la Terre dans la constellation d’Orion. Crédit : ESO/IAU et Sky & Telescope

Tobin a ajouté: « Jusqu’à présent, la chaîne de l’eau est au point mort dans le développement de notre système solaire. V883 Ori est le chaînon manquant dans ce cas, et nous avons maintenant une chaîne ininterrompue dans la chaîne de l’eau des comètes et des protoétoiles au milieu interstellaire. ”

Pour en savoir plus sur cette découverte, voir L’eau sur Terre est plus ancienne que notre soleil.

Référence : « Deuterium-Enriched Water Bind Planet-forming Disks to Comets and Protostars » par John J. Tobin, Merrill L.R. Van Hove, Margot Lemker, Ewen F. Van Dishoek, Teresa Paneki-Carino, Kenji Furuya, Daniel Harsono, Magnus F Pearson, Elzidor Cleaves, Patrick D. Sheehan et Lucas Siza, 8 mars 2023, disponible ici. nature.
DOI : 10.1038/s41586-022-05676-z