Впервые в молодой звездной системе обнаружена замерзшая вода

Земля обязана своей водой одному из самых страшных известных катаклизмов. Около 4 миллиардов лет назад Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун изменили свои орбиты и вытолкнули ужасный ливень астероидов, комет и других тел в глубь Солнечной системы, где они столкнулись с Луной , Землей и остальными каменистыми планетами. Те астрономические бомбы, следы которых до сих пор видны на нашем спутнике, были нагружены льдом. Многие астрономы полагают, что значительная часть воды на нашей планете имеет внеземное происхождение и что она появилась в решающий момент для зарождения жизни.

Теперь группа астрономов впервые обнаружила кристаллический водяной лед в молодой звездной системе за пределами нашего Солнца. Водяной лед находится внутри так называемого пылевого диска — огромного кольца пыли и камней, вращающегося вокруг HD 181327, звезды, расположенной на расстоянии 155 световых лет от нас и похожей на наше Солнце. Это открытие является важным доказательством того, что произошедшее в нашей Солнечной системе может произойти в любой точке Вселенной.

«В этой звезде мы видим наше собственное прошлое», — резюмирует астурийский астроном Ноэми Пинилья-Алонсо , соавтор исследования. Работа стала возможной благодаря космическому телескопу Джеймса Уэбба . NASA, что позволило зафиксировать свет, излучаемый диском обломков, и идентифицировать присутствующие молекулы. Работа опубликована в эту среду в журнале Nature , справочнике лучших научных работ в мире.

До сих пор наличие водяного льда было подтверждено только на некоторых лунах планет-гигантов, а также на карликовых планетах и ​​других телах, образующих пояс Койпера , расположенный за орбитой Нептуна. В 2012 году космический телескоп «Хаббл» уже предполагал наличие льда на HD 181327, но не смог подтвердить это. Исключительные возможности инфракрасных приборов на космическом корабле «Джеймс Уэбб» , запущенном в 2021 году, без всяких сомнений подтвердили наличие необходимого соединения.

Астрономы полагают, что кольцо обломков, которое они наблюдают вокруг этой звезды, может быть очень похоже на то, которое существовало вокруг Солнца до того, как на его орбиту попали планеты-гиганты. Возраст звезды составляет всего 23 миллиона лет — это сущий пустяк по сравнению с возрастом нашего Солнца, которому 4,6 миллиарда лет, а ее диск примерно в три раза больше пояса Койпера и охватывает около 18 миллиардов километров.

«Лед на Земле имеет кристаллическую структуру; при определенных условиях он формируется и приобретает шестиугольную форму», — объясняет Пинилья-Алонсо. «Аморфный лед, с другой стороны, образуется быстро и, следовательно, не успевает организоваться. Это самый распространенный тип льда во Вселенной. Любопытно, что в поясе Койпера астроном Уэбба показал нам, что все объекты с водой содержат кристаллическую воду, тот же тип, который сейчас обнаружен в HD 181327, чего мы раньше не знали и пытаемся объяснить», — объясняет он.

Уэббу удалось наблюдать так называемую снеговую линию: границу, за которой все элементы находятся в форме льда. В наиболее близких к звезде частях водяной лед практически отсутствует из-за высокой температуры, тогда как в самых отдаленных частях его доля составляет до 20% от общего состава.

Астрономы полагают, что тела, вращающиеся внутри кольца, сталкиваются друг с другом, образуя более крупные тела, которые однажды могут стать планетами. Эти удары также рассеивают по всей системе частицы льда размером в миллиметр. Пинилья-Алонсо объясняет, что в этой звезде также подтверждено присутствие оксида углерода и, возможно, диоксида углерода, а также необходимых минералов; что делает эту систему еще более похожей на нашу.

«Вероятно, мы наблюдаем вещи, очень похожие на те, что произошли при зарождении нашей Солнечной системы», — объясняет Пинилья-Алонсо. «Солнечные системы начинаются с протопланетного диска пыли и газа, затем дисков обломков, таких как этот, и, наконец, формирования планет. Уэбб обнаружил присутствие льда на всех этих стадиях. Наблюдение за этим диском и, вероятно, за другими, которые появятся, впервые позволяет нам понять мосты между этими различными фазами», — добавляет астроном, который недавно присоединился к Университету Овьедо в рамках программы Atrae и был соавтором исследования с коллегами из Университетов Флориды и Аризоны, а также Института космического телескопа, Центра миссии Джеймса Уэбба .

Гиллем Англада , научный сотрудник Института астрофизики Андалусии (IAA-CSIC), не принимавший участия в исследовании, подчеркивает его ценность. «Это очень важное открытие, хотя и не совсем неожиданное», — утверждает он. Астроном специализируется на изучении протопланетных дисков, и его команда подтвердила наличие льда в этих кольцах с помощью космических и наземных телескопов. Когда звезда достигает своего первого миллиона лет, ее излучение испаряет почти весь газ, оставляя только пыль, из которой формируется диск обломков. «Эта работа совершенно ясно показывает, что в самых внешних слоях есть резервуар льда, который впоследствии распространяется благодаря столкновению» пылевых и каменных масс, которые воздействуют «непрерывно», — рассуждает Англада.

Снеговая линия здесь является важной границей. Тела, покрытые льдом, подталкиваемые гигантскими планетами, могут пересекать границу и в конечном итоге сталкиваться с каменистыми планетами, образуя океаны жидкой воды. «Это то, что произошло в нашей Солнечной системе, но это всего лишь теория. Мы все еще далеки от понимания того, как это происходит, и каждый случай может быть разным», — предупреждает Англада.

Катастрофическое событие, подобное вызванному газовыми гигантами, на наблюдаемой звезде пока не происходило, но вполне вероятно, что оно может произойти. Имеются предварительные исследования, предполагающие наличие планет в этом поясе. А если бы их не было, то, по оценкам авторов нового исследования, они могли бы образоваться примерно через 100 миллионов лет. Тем временем, ближе к нам продолжают накапливаться данные о возможном присутствии девятой планеты в Солнечной системе, которая может нарушать движение ледяных тел в самых отдаленных районах пояса Койпера.