Ciężka woda to taka jej odmiana, w której zamiast dwóch zwykłych atomów wodoru w cząsteczce wody znajdują się dwa atomy deuteru, czyli cięższego izotopu wodoru. Ciężka woda znana jest na przykład z zastosowania przy reaktorach jądrowych. Istnieje jednak także woda jakby pośrednia pomiędzy zwykłą, a ciężką. Nazywana jest półciężką wodą i w jej cząsteczce jeden atom wodoru jest normalny, a drugi to deuter. Wzór chemiczny półciężkiej wody to HDO.

Właśnie taką półciężką wodę w formie lodu wykryli astronomowie. Zbadano obiekt to L1527 IRS, który jest protogwiazdą odległą od nas o 460 lat świetlnych i widoczną w kierunku konstelacji Byka. Protogwiazda ta jest podobna do tego, co sądzimy o wczesnym etapie formowania się Słońca.

Naukowcy zmierzyli poziom obecności deuteru w wodzie wokół L1527 IRS. Jest on podobny do niektórych komet, a także do dysków protoplanetarnych w bardziej wyewoluowanych gwiazdach. Sugeruje to dawne, zimne pochodzenie chemiczne wody w tych obiektach.

Zdaniem prof. Ewine van Dishoeck z Uniwersytetu w Lejdzie, współautorki pracy, jest to dodatkowy dowód na to, że większość lodu wodnego nie zmienia się od najwcześniejszych do późniejszych stadiów powstawania gwiazdy.

Pomiar stosunku ilości wody z deuterem do ilości wody z wodorem to jedna z metod śledzenia pochodzenia wody. Duża zawartość półciężkiej wody to znak, że uformowała się ona w bardzo zimnym miejscu, takim jak pierwotne ciemne obłoki pyłu, lodu i gazu, z których tworzą się gwiazdy.

W przypadku Ziemi i Układu Słonecznego, w oceanach, w kometach i na lodowych księżycach, poziom ten wynosi jedną cząsteczkę półciężkiej wody na kilka tysięcy cząsteczek zwykłej wody. To około dziesięć razy więcej niż można by oczekiwać na podstawie składu chemicznego Słońca.

Dlatego pojawiły się hipotezy, że część wody w Układzie Słonecznym pochodzi z lodu w ciemnych obłokach z okresu setek tysięcy lat przed narodzinami Słońca. Wyniki uzyskane dla L1527 IRS są zgodne z tą hipotezą. W otoczce tej protogwiazdy wykryto właśnie wysoki poziom obecności lodu z półciężkiej wody.

Do obserwacji użyto Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba (JWST). Zanim Teleskop Webba umieszczono w kosmosie, dokładne pomiary tego wskaźnika były wykonywane tylko dla gazu. Teraz udało się tego dokonać dla lodu.

Zmierzony poziom jest nieco wyższy niż dla niektórych komet w Układzie Słonecznym i w oceanach na Ziemi. Przyczyny mogą być różne, na przykład różnice w składzie chemicznym obłoków, z których powstało Słońce i rodzi się L1527 IRS, albo "nasza" woda mogła zostać nieco zmieniona w późniejszym okresie ewolucji układu planetarnego.

Naukowcy planują dalsze obserwacje Teleskopem Webba dla 30 kolejnych protogwiazd i pierwotnych ciemnych obłoków, aby spróbować uzyskać odpowiedź, co jest przyczyną różnic. Będą prowadzone też obserwacje przy pomocy sieci radioteleskopów ALMA.

Wyniki badań opublikowano w "The Astrophysical Journal Letters". Pierwszą autorką publikacji jest Katerina Slavicinska, doktorantka z Obserwatorium w Lejdzie (Holandia), a wśród autorów jest Łukasz Tychoniec, absolwent Uniwersytetu im. Adama Mickiewicza w Toruniu, a obecnie w Obserwatorium w Lejdzie. (PAP)

cza/ zan/