Исследование Sturm et al. с одного взгляда. Вверху слева: наблюдаемая область. Вверху справа: подробности наблюдаемого света и особенности водяного льда. Внизу: спектр, показывающий пики и минимумы, обусловленные разными молекулами. Авторы и права: Штурм и др.
Международная группа астрономов под руководством Нидерландов провела первую двумерную инвентаризацию льда в диске пыли и газа, образующем планету, окружающем молодую звезду. Они использовали космический телескоп Джеймса Уэбба и опубликовали свои выводы в журнале Astronomy & Astrophysicals.
Лед важен для формирования планет и комет. Благодаря льду твердые частицы пыли слипаются в более крупные куски, из которых формируются планеты и кометы. Более того, удары ледяных комет, вероятно, внесли значительный вклад в увеличение количества воды на нашей Земле, образуя ее моря.
Этот лед также содержит атомы углерода, водорода, кислорода и азота, которые важны для формирования молекулярных строительных блоков жизни. Однако лед в дисках, образующих планеты, никогда ранее подробно не картировался. Это потому, что наземным телескопам мешает наша водосодержащая атмосфера, а другие космические телескопы не были достаточно большими, чтобы обнаруживать и различать такие слабые цели. Космический телескоп Джеймса Уэбба решает эти проблемы.
Диск «гамбургер»
Исследователи изучили звездный свет молодой звезды HH 48 NE, когда он проходит через диск, образующий планету, к космическому телескопу. Звезда и диск расположены примерно в 600 световых годах от Земли в южном созвездии Хамелеон. Диск выглядит как гамбургер с темной центральной полосой и двумя яркими булочками, потому что мы смотрим на него сбоку, с ребра.
На пути к телескопу звездный свет сталкивается со многими молекулами диска. Это создает спектры поглощения с пиками, специфичными для каждой молекулы. Обратной стороной является то, что в телескоп попадает мало света, особенно из самой плотной части диска в темной полосе. Но поскольку космический телескоп Джеймса Уэбба более чувствителен, чем любой другой телескоп, низкий уровень освещенности не представляет проблемы.
Исследователи наблюдали отчетливые пики водяного льда (H2O), льда из углекислого газа (CO2) и льда из монооксида углерода (CO) в спектрах поглощения. Кроме того, они обнаружили следы льда из аммиака (NH3), цианата (OCN–), карбонилсульфида (OCS) и тяжелого диоксида углерода (13CO2).
Соотношение обычного углекислого газа и тяжелого углекислого газа позволило исследователям впервые подсчитать, сколько углекислого газа присутствует в диске. Одним из интересных результатов было то, что лед CO2, обнаруженный исследователями, может быть смешан с менее летучим CO2 и водяным льдом, что позволяет ему оставаться замороженным ближе к звезде, чем считалось ранее.
Составное изображение области вокруг протопланетного диска HH 48 NE. Рассеянный свет на диске имеет красный цвет. Газ от ветра над диском имеет зеленый цвет. Самолет синий. Авторы и права: HST, JWST, Штурм и др.
Программа «Ледниковый период»
«Прямое картирование льда в диске, формирующем планеты, дает важные данные для моделирования исследований, которые помогают лучше понять формирование нашей Земли, других планет в нашей солнечной системе и вокруг других звезд. Благодаря этим наблюдениям мы теперь можем начать делать более твердые утверждения о физике и химии формирования звезд и планет», — говорит ведущий автор исследования Арджан Штурм (Лейденский университет, Нидерланды).
«В 2016 году мы создали одну из первых исследовательских программ JWST — «Ледниковый период». Мы хотели изучить, как ледяные строительные блоки жизни развиваются на пути от их происхождения в холодных межзвездных облаках к кометообразующим областям молодых планетных систем. Теперь результаты начинают поступать. Это действительно захватывающее время», — говорит соавтор Мелисса МакКлюр (Лейденский университет). Она возглавляет исследовательскую программу и опубликовала первые наблюдения ледникового периода в молекулярных облаках в январе 2023 года.
В ближайшем будущем команда «Ледникового периода» изучит более обширные спектры того же планетообразующего диска. Кроме того, теперь они могут наблюдать и другие диски, образующие планеты. Если выводы о ледяных смесях CO подтвердятся, это изменит нынешнее понимание планетарного состава, что потенциально приведет к появлению большего количества богатых углеродом планет ближе к звезде.
В конечном итоге исследователи намерены узнать больше о путях формирования и конечном составе планет, астероидов и комет.
Информация от: Нидерландской исследовательской школой астрономии.
