Kdy a jak vznikla ve vesmíru voda?

Říkáme o ní, že je základ života. Jak a kdy se vlastně ve vesmíru objevila voda, která umožňuje život podobný tomu našemu? (délka blogu 3 min.)

Donedávna jsme mohli o existenci planet podobné té naší, jen spekulovat. Díky moderním teleskopům tušíme, že je vesmír “plný” exoplanet. Automaticky se pak nabízí další otázka. Mohl by na nich existovat život? Jednou ze základních podmínek života podobného tomu pozemskému - je voda. A tady přichází dobrá zpráva: Nové výzkumy naznačují, že vody je ve vesmíru nejen obrovské množství - je v něm přítomna dokonce téměř od samého počátku.

Jak se “rodí” voda

Nejspíše to není náhoda, že kapalina, kterou považujeme za základní předpoklad vzniku života, je zároveň jednoduchá a ve vesmíru velice rozšířená.

Molekula vody se skládá ze tří komponent: dvou atomů vodíku a jednoho kyslíku. Vodík je nejběžnějším a zároveň nejjednodušším chemickým prvkem - a materiálem, ze kterého se tvořily první hvězdy. Ty byly nejen daleko hmotnější než většina těch dnešních, jejich hmotnost je předurčila k poměrně krátkému “životu”, trvajícímu třeba jen několik milionů let. Při jejich zániku se do vesmíru uvolnil “popel”, který se v nich nashromáždil během jejich krátké existence - helium, uhlík, dusík, kyslík… a další, ještě těžší prvky. Kyslík, který tvoří součást vody, ve vesmíru vznikal tedy hned v první generaci hvězd.

Samotná existence volného vodíku a kyslíku ovšem ještě zdaleka neznamená, že se z nich (když se oba prvky vzájemně přiblíží) v podmínkách vesmírného vakua vytvoří automaticky zrovna voda. Proces totiž probíhá v několika mezistupních. Jeho základem je (tak jako u většiny podobných syntéz - jak zjistili vědci) reakce mezi nabitými a neutrálními atomy.

Zdá se tedy logické, že jednoduchá srážka vodíku a kyslíku nejspíš ke vzniku molekuly vody nepovede. Nejen, že mají při srážce molekuly zpravidla příliš vysokou energii, jejich koncentrace není v mezihvězdném prostoru moc vysoká - a to dokonce ani v tzv. oblacích mezihvězdné hmoty. Navíc musí při přeměně nutně proběhnout hned několik ještě další mezistupňů chemických reakcí. Pro nás naštěstí - se do procesu vzniku vody zapojuje další komponenta - vesmírný prach.

Prach?

Ano, ve vesmíru se skutečně “práší”. Mohou za to, jak jinak, hvězdy, které ve svém nitru vyrábějí těžké prvky. Hned první generace hvězd zásobila své okolí jak kyslíkem, tak materiálem, na kterém se z něj může tvořit voda.

Teoreticky tedy způsob, jakým ve vesmíru voda vzniká, známe docela dobře. Ale i na této “vědecké mapě” bylo donedávna několik bílých míst.

Jak rychle probíhají chemické reakce v mezihvězdném prostoru? Chemické reakce, které vedou ke vzniku vody jsou samozřejmě prozkoumané - měření ale probíhala v pozemských podmínkách, nebo v podmínkách, které se těm pozemským podobají více, než stavu mezihvězdného prostoru. Nedávno se vědcům (z německého Max-Planckova institutu pro jadernou fyziku) podařilo hádanku rozluštit…

Ukázalo se, že ke vzniku vody vede ve vesmírných podmínkách prakticky každá srážka vhodných molekul.

Jejich kolegové na Kypru a v USA pak dodali příslušné matematické výpočty. K tomu použili speciální matematický model, který zahrnuje i kvantově mechanické vlivy. Kombinace experimentu a teoretického modelu pak odhalila, že molekuly ve vesmíru reagují jinak než na Zemi.

Řada meziproduktů vzniká daleko rychleji, než bychom to čekali v pozemských podmínkách.

Voda může tedy ve vesmíru vznikat nejen na zrnkách prachu - ale také i v “bezprašném” prostoru. Vysvětluje to množství vody, kterou v mezihvězdném prostoru pozorují naše pozemské teleskopy.

Materiálu, který považujeme za hlavní podmínku vzniku života, je ve vesmíru opravdu hodně. Jeho vznik je dokonce daleko pravděpodobnější, než jsme si původně mysleli.

Voda, se kterou si zalejete svou ranní kávu, je starší než vy. Je nejspíš dokonce starší než naše Země, Slunce a celá Sluneční soustava. Jedna její komponenta přišla na svět krátce po vzniku našeho vesmíru - druhá pochází z nitra obří prahvězdy, která už dávno neexistuje. Když se podíváte na svou sklenici, díváte se možná na jedny z nejstarších vesmírných molekul.  

https://www.nasa.gov/topics/universe/features/universe20110722.html

http://advances.sciencemag.org/content/4/6/eaar3417.full