Rappresentazione artistica del disco attorno alla stella V883 Orionis. Nella parte più esterna del disco l'acqua è congelata e quindi non può essere facilmente rilevata. Un'esplosione di energia dalla stella porta il disco interno a una temperatura in cui l'acqua diventa gassosa, consentendo agli astronomi di rilevarla. L'immagine nel riquadro in basso a destra mostra i due tipi di molecole d'acqua studiate in questo disco: l'acqua normale, con un atomo di ossigeno e due atomi di idrogeno, e una versione più pesante in cui un atomo di idrogeno è sostituito dal deuterio, un isotopo pesante dell'idrogeno. Credits: ESO/L. Calçada
Utilizzando ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), un team di ricerca ha rilevato acqua in forma gassosa nel disco di formazione planetaria intorno alla stella V883 Orionis. Questa scoperta dà supporto all’idea che l’acqua sulla Terra sia persino più antica del Sole.
V883 Orionis è un disco di formazione planetaria a circa 1300 anni luce dalla Terra. Le stelle si formano a partire da instabilità gravitazionali in nubi di gas e polvere, da cui nasce una protostella.
Intorno a essa, il materiale della nube forma un disco dove, nel corso di pochi milioni di anni, la materia si aggrega a formare comete, asteroidi e pianeti. Durante questa fase il disco prende il nome di disco protoplanetario. In questo momento, l’acqua diventa molto importante, in quanto è fondamentale per l’accrescimento di materiale solido e per la formazione di planetesimi all’interno dei dischi.
L’acqua di solito è formata da un atomo di ossigeno e due atomi di idrogeno. Il team, guidato dall’astronomo John J. Tobin del National Radio Astronomy Observatory, ha studiato una versione leggermente più pesante dell’acqua, in cui uno degli atomi di idrogeno viene sostituito con il deuterio, un isotopo pesante dell’idrogeno.
Gli isotopi di un dato elemento chimico sono come diverse specie atomiche, con stesse proprietà chimiche. La differenza sta nel fatto che nel loro nucleo hanno un numero di neutroni anomalo rispetto all’atomo di riferimento. Questa caratteristica rende le proprietà fisiche di un isotopo diverse da quelle dell’atomo originale.
Poiché l’acqua semplice (H2O) e l’acqua pesante (HDO) si formano in condizioni diverse, il loro rapporto può essere utilizzato per tracciare quando e dove l’acqua si è formata. Per esempio, è stato dimostrato che in alcune comete del Sistema Solare questo rapporto è simile a quello sulla Terra, suggerendo che siano state le comete ad aver fornito acqua alla Terra.
Il viaggio dell’acqua, prima dalle nubi alle giovani stelle e poi dalle comete ai pianeti, è già stato osservato in precedenza, ma finora mancava il collegamento tra le giovani stelle e le comete. “V883 Orionis è l’anello mancante in questo caso” afferma Tobin.
L’origine dell’acqua, infatti, è da ricercarsi nell’esplosione delle Giganti Rosse. Esse, al termine della loro vita, espellono gli strati esterni, in cui compaiono idrogeno, elio, ossigeno e altri elementi. Da qui si formano le prime molecole d’acqua, che si immettono nel mezzo interstellare e all’interno di nubi polverose dalle quali nascono stelle di nuova generazione, come il Sole.
Questa è la conferma dell’idea che l’acqua nei sistemi planetari si sia formata miliardi di anni fa, prima del Sole stesso, nello spazio interstellare. Il nostro Sistema Solare si è dunque formato in un ambiente ricco di acqua.
Tuttavia, osservare l’acqua si è rivelato complicato. “La maggior parte dell’acqua nei dischi che formano i pianeti è congelata, sotto forma di ghiaccio, quindi di solito è nascosta alla nostra vista” afferma la coautrice Margot Leemker, studentessa di dottorato presso l’Osservatorio di Leida nei Paesi Bassi.
L’acqua sotto forma gassosa (vapore acqueo) può essere rilevata grazie alla radiazione emessa dalle molecole mentre ruotano e vibrano, ma questo è più complicato quando l’acqua è ghiacciata e il movimento delle molecole è più limitato. L’acqua gassosa si trova verso il centro dei dischi, vicino alla stella, dove fa più caldo. Tuttavia, queste regioni interne sono nascoste dallo stesso disco di polvere e sono anche troppo piccole per essere riprese con i nostri telescopi.
Fortunatamente, il disco di V883 Orionis è insolitamente caldo. Un’intensa emissione di energia dalla stella riscalda il disco, “fino a una temperatura in cui l’acqua non è più sottoforma di ghiaccio, ma di gas, permettendoci di rilevarla” ha spiegato Tobin.
Grazie alla sensibilità di ALMA, gli astronomi hanno potuto rilevare l’acqua nel disco di V883 Orionis, determinarne la composizione e mapparne la distribuzione. Dalle osservazioni, hanno scoperto che questo disco contiene almeno 1200 volte la quantità di acqua presente in tutti gli oceani della Terra.
In futuro, gli autori sperano di utilizzare il telescopio ELT (Extremely Large Telescope) dell’ESO, in costruzione, con lo strumento di nuova generazione METIS. Esso vedrà nel medio infrarosso, quindi sarà in grado di risolvere la fase gassosa dell’acqua nei dischi di questo tipo.
Ciò permetterà di trovare i vari collegamenti che permettono all’acqua di spostarsi dalle nubi di formazione ai sistemi stellari e planetari. “Così avremo una visione molto più completa del ghiaccio e del gas nei dischi che formano i pianeti” conclude Leemker.
L’articolo, in pubblicazione su Nature, è disponibile a questo link in versione pre-print.
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