Вода необхідна для життя, яким ми його знаємо. Проте вчені сперечаються, як вона досягла Землі і чи можуть ті самі процеси породити скелясті екзопланети, що обертаються навколо далеких зірок.
Нове розуміння може прийти з планетарної системи PDS 70, розташованої на відстані 370 світлових років від нас. Зірка містить як внутрішній, так і зовнішній диски газу та пилу, розділені щілиною шириною 5 мільярдів миль (8 мільярдів кілометрів), і всередині цієї щілини є дві відомі планети-гіганти газу.
Нові вимірювання MIRI (Infrared Instrument) космічного телескопа Джеймса Вебба NASA виявили водяну пару у внутрішньому диску системи на відстані менше 160 мільйонів кілометрів від зірки – регіону, де, можливо, формуються скелясті планети земної групи. (Земля обертається на відстані 93 мільйони миль від нашого Сонця.) Це перше виявлення води в земній області диска, на якому вже відомо дві або більше протопланет .
«Ми бачили воду в інших дисках, але не так близько і в системі, де зараз збираються планети. Ми не могли провести такий тип вимірювань до Вебба», – сказала провідний автор Джулія Перотті з Інституту астрономії Макса Планка (MPIA) у Гейдельберзі, Німеччина.
«Це відкриття надзвичайно захоплююче, оскільки воно досліджує регіон, де зазвичай утворюються скелясті планети, схожі на Землю», — додав директор MPIA Томас Хеннінг, співавтор статті. Хеннінг є співголовним дослідником MIRI (Mid-Infrared Disk Instrument) Вебба, який здійснив виявлення, і головним дослідником програми MINDS (MIRI Mid-Infrared Disk Survey), яка збирала дані.
Середовище для формування планет
PDS 70 — це зірка K-типу, холодніша за наше Сонце, її вік оцінюється в 5,4 мільйона років. Це відносно старі зірки з планетоутворюючими дисками, що зробило відкриття водяної пари дивним.
З часом вміст газу та пилу в планетоутворюючих дисках зменшується. Або випромінювання центральної зірки та вітри видувають такий матеріал, або пил перетворюється на більші об’єкти, які з часом утворюють планети. Оскільки попередні дослідження не змогли виявити воду в центральних областях дисків такого ж віку, астрономи підозрювали, що вона може не витримати жорсткого зоряного випромінювання, що призведе до сухого середовища для формування будь-яких кам’янистих планет.
Астрономи ще не виявили планет, що утворюються у внутрішньому диску PDS 70. Однак вони бачать сировину для побудови кам’янистих світів у формі силікатів. Виявлення водяної пари означає, що якщо там утворюються кам’янисті планети, вода для них буде доступна з самого початку.
«Ми знаходимо відносно велику кількість дрібних частинок пилу. У поєднанні з нашим виявленням водяної пари внутрішній диск є дуже захоплюючим місцем», — сказав співавтор Ренс Уотерс з університету Радбауд у Нідерландах.
Авторство: NASA, ESA, CSA, Дж. Олмстед (STScI)
Яке походження води?
Відкриття ставить питання про те, звідки взялася вода. Команда MINDS розглянула два різні сценарії, щоб пояснити свій висновок.
Однією з можливостей є те, що молекули води утворюються на місці, де ми їх виявляємо, коли атоми водню та кисню поєднуються. Друга можливість полягає в тому, що вкриті льодом частинки пилу транспортуються з холодного зовнішнього диска на гарячий внутрішній диск, де водяний лід сублімується і перетворюється на пару. Така транспортна система була б дивовижною, оскільки пил мав би перетнути велику щілину, висічену двома планетами-гігантами.
Інше питання, яке викликає це відкриття, полягає в тому, як вода могла вижити так близько до зірки, коли ультрафіолетове світло зірки повинно розщеплювати будь-які молекули води. Швидше за все, навколишній матеріал, такий як пил та інші молекули води, служить захисним екраном. У результаті вода, виявлена у внутрішньому диску PDS 70, могла витримати руйнування.
Зрештою, команда використовуватиме ще два інструменти Вебба, NIRCam (камера ближнього інфрачервоного діапазону) і NIRSpec (спектрограф ближнього інфрачервоного діапазону), щоб вивчити систему PDS 70 та отримати ще більше розуміння.
