Ett team ledt av astronomer vid Leiden University i Nederländerna och National Radio Astronomy Observatory i Virginia (USA) har för första gången på ett tillförlitligt sätt upptäckt halvtungt vattenis runt en ung solliknande stjärna. Resultaten stärker teorin att en del av vattnet i vårt solsystem bildades före solen och planeterna.
Deras fynd har publicerats i The Astrophysical Journal Letters.
Ett sätt för astronomer att spåra vattnets ursprung är att mäta dess deuterationsgrad. Det är den andel av vattnet som innehåller en deuteriumatom istället för en väteatom. Istället för H2O är det alltså HDO, som också kallas halvungt vatten. En hög andel halvt tungt vatten är ett tecken på att vattnet bildades på en mycket kall plats, till exempel i de primitiva mörka molnen av stoft, is och gas där stjärnor föds.
I våra hav, i kometer och på isiga månar består så mycket som en av några tusen vattenmolekyler av halvt tungt vatten. Det är ungefär tio gånger högre än vad man förväntar sig utifrån solens sammansättning. Därför har astronomer en hypotes om att en del av vattnet i vårt solsystem har sitt ursprung i is i mörka moln, hundratusentals år före solens födelse. För att bekräfta denna hypotes måste de mäta deuterationsförhållandet i vattenis i sådana stjärnbildande områden.
Det internationella teamet av astronomer har nu upptäckt en så hög andel halvtungt vattenis i en protostjärnhölje, vilket är molnet av material som omger en stjärna i dess embryonala stadier.
NIRSpec-spektrum av L1527 på den optiska djupskalan från 3,7–4.2 µm (svart linje) tillsammans med iskomponenterna CH3OH (brun streckad linje), en gaussisk kurva som representerar SH-haltig is (gul prickad linje), amorf HDO (blå linje), kristallin HDO (magenta linje) och den totala kombinerade iskomponenten (grön streckad linje). Det grå skuggade området anger 3σ-brusnivån. Källa: arXiv: DOI: 10.48550/arxiv.2505.14686
Vackert tydlig signatur
Astronomerna använde James Webb Space Telescope för sin studie. Före dess uppskjutning kunde vatten-deuterationsförhållandet i stjärnbildande regioner endast mätas på ett tillförlitligt sätt i gasfas, där det kan förändras kemiskt. ”Nu, med Webbs oöverträffade känslighet, observerar vi en vackert tydlig signatur av halvtungt vattenis mot en protostjärna”, säger Katie Slavicinska, doktorand vid Leiden University (Nederländerna) som ledde studien.
Protoplaneten i fråga är L1527 IRS, som ligger i stjärnbilden Oxen, cirka 460 ljusår från jorden. ”På flera sätt liknar den vad vi tror att vår sol var när den började bildas”, säger John Tobin från National Radio Astronomy Observatory i Virginia (USA), som leder ett av Webb-programmen som ansvarar för observationerna.
Vatten-deuterationsförhållandet i L1527 är mycket likt förhållandet i vissa kometer samt i protoplanetära skivor hos en mer utvecklad ung stjärna, vilket tyder på att vattnet i alla dessa objekt har ett liknande kallt och uråldrigt kemiskt ursprung.
”Denna upptäckt stärker de växande bevisen för att huvuddelen av vattenisen förblir i stort sett oförändrad från de tidigaste till de senaste stadierna av stjärnbildningen”, säger medförfattaren Ewine van Dishoeck, professor i astronomi vid Leiden University, som har ägnat en stor del av sin karriär åt att spåra vattnets resa genom rymden.
Planer på att undersöka 30 protostjärnor och mörka moln
Trots detta är den uppmätta deuteriumhalten i vattenisen i L1527 IRS något högre än de halter som uppmätts i vissa kometar i vårt solsystem och vattenhalten på jorden. En rad olika faktorer kan orsaka en sådan skillnad. Till exempel kan en del av vattnet på dessa kometer och på jorden ha förändrats kemiskt i skivan. Eller så kan det mörka moln som bildade vår sol skilja sig från det mörka moln där L1527 IRS bildades.
Fler observationer av halvtungt vattenis planeras för att undersöka möjliga orsaker till dessa skillnader. Slavicinska och medförfattaren Tom Megeath, professor i astronomi vid University of Toledo (USA), leder flera Webb-program som kommer att utvidga sökandet efter HDO-is till 30 nya protostjärnor och primitiva mörka moln. Under tiden leder Tobin kompletterande observationer med Atacama Large Millimeter/submillimeter Array som kommer att söka efter HDO-gas i flera av samma mål.
Mer information: K. Slavicinska et al, HDO-is upptäckt mot en isolerad protostjärna med låg massa med JWST, The Astrophysical Journal Letters (2025). doi.org/10.3847/2041-8213/addb45. På arXiv: DOI: 10.48550/arxiv.2505.14686
