Уэбб обнаружил водяной пар там, где могут образоваться каменистые планеты

Космический телескоп "Джеймс Уэбб" обнаружил воду во внутреннем протопланетном диске — в месте, где могут образоваться планеты земного типа.

Об открытии рассказывают в НАСА, передают OstanniPodii.com.

Эта находка свидетельствует о существовании механизма снабжения водой потенциально пригодных для жизни планет уже в процессе их формирования, в дополнение к дальнейшим ударам водоносными астероидами, подчеркивают в Обществе имени Макса Планка.

Вода необходима для жизни в том виде, в котором мы её знаем. Однако ученые спорят о том, как она попала на Землю и могут ли те же процессы привести к образованию каменистых экзопланет, вращающихся вокруг далеких звезд. Новые сведения об этом может дать планетарная система PDS 70, расположенная на расстоянии 370 световых лет от нас. Эта звезда имеет как внутренний, так и внешний диск из газа и пыли, разделенные промежутком шириной 8 млрд км, внутри которого расположены две известные планеты-газовые гиганты.

Новые измерения, проведенные прибором "Инструмент среднего инфракрасного диапазона" (MIRI) "Уэбба", позволили обнаружить водяной пар во внутреннем диске системы на расстоянии менее 160 млн км от звезды — в области, где, возможно, формируются каменистые планеты земного типа. (Это первое обнаружение воды в области образования землеподобных планет на диске, на котором, как уже известно, находятся две или более протопланеты.)

"Мы видели воду и в других дисках, но не так близко и не в системе, где сейчас происходит сбор планет. До Уэбба мы не могли проводить подобные измерения", - говорит ведущий автор исследования Джулия Перотти из Института астрономии Макса Планка (MPIA) в Гейдельберге (Германия).

"Это открытие чрезвычайно интересно, поскольку оно позволяет исследовать участок, в котором обычно формируются каменистые планеты, подобные Земле", - добавил директор MPIA Томас Хеннинг, соавтор статьи. Хеннинг является одним из главных исследователей на приборе MIRI, с помощью которого было сделано это открытие, и главным исследователем программы MINDS (MIRI среднеинфракрасный обзор диска), в рамках которой были получены данные.

Паровая среда для формирования планет

PDS 70 — звезда K-типа, холоднее нашего Солнца, и её возраст оценивается в 5,4 млн. лет. Это относительно старый возраст для звезд с планетообразующими дисками, поэтому обнаружение водяного пара стало неожиданным.

Со временем содержание газа и пыли в планетообразующих дисках уменьшается. Либо излучение и ветры центральной звезды выдувают этот материал, либо пыль превращается в более крупные объекты, которые в конечном итоге образуют планеты. Поскольку в предыдущих исследованиях не удалось обнаружить воду в центральных областях дисков такого же возраста, астрономы предположили, что она может не выдержать жесткого звездного излучения, что приведет к образованию сухой среды для формирования каменистых планет.

Астрономы пока не обнаружили планет, формирующихся во внутреннем диске PDS 70. Однако они видят сырье для создания каменистых миров в виде силикатов. Обнаружение водяного пара означает, что если там формируются каменистые планеты, то вода будет доступна им с самого начала.

"Мы обнаружили относительно большое количество мелких пылевых крупинок. В сочетании с обнаружением водяного пара внутренний диск представляет собой очень интересное место", - сказал соавтор работы Ренс Вотерс из Университета Радбоуда (Нидерланды).

В спектре протопланетного диска PDS 70, полученном с помощью прибора MIRI Вебба", можно увидеть ряд эмиссионных линий водяного пара. Credits: NASA, ESA, CSA, J. Olmsted (STScI)

Каково происхождение воды?

В связи с этим открытием возникает вопрос о том, откуда взялась вода. Команда MINDS рассматривала два разных сценария для объяснения своей находки.

Один из них заключается в том, что молекулы воды образуются на том месте, где мы их обнаруживаем, во время соединения атомов водорода и кислорода. Второй вариант заключается в том, что покрытые льдом частицы пыли переносятся из холодного внешнего диска в горячий внутренний диск, где водяной лед сублимируется и превращается в пар. Такая система переноса была бы удивительной, поскольку пыль должна была бы преодолевать большой пробел, образованный двумя планетами-гигантами.

Другой вопрос, возникший в связи с открытием, — как вода могла выжить в такой близости от звезды, когда ультрафиолетовое излучение звезды должно разрушить все молекулы воды. Вероятнее всего, окружающий материал, такой как пыль и другие молекулы воды, служит защитным экраном. В результате вода, обнаруженная во внутреннем диске PDS 70, могла выжить после разрушения.

В дальнейшем для изучения системы PDS 70 команда будет использовать еще два прибора "Вебба" — NIRCam (Камера ближнего инфракрасного диапазона) и NIRSpec (Спектрограф ближнего инфракрасного диапазона), чтобы получить еще более полное представление о ней.

Эти наблюдения проводились в рамках программы 1282 с гарантированным временем наблюдений. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.