Диски, образующие планеты, — это места хаотической активности. Планетезимали не только сталкиваются друг с другом, образуя более крупные миры, но теперь оказывается, что этот процесс включает в себя разрушительную переработку воды внутри диска. К такому выводу пришли ученые, изучающие данные JWST из планетарных яслей под названием d203-506 в туманности Ориона.
Изученные ими данные позволяют предположить, что количество воды, эквивалентное всем океанам Земли, создается и пополняется за относительно короткий период — около месяца. По словам соруководителя исследования Элс Пеетерс из Западного университета в Канаде, обнаружить этот процесс в протопланетном диске было относительно легко. «Это открытие было основано на крошечной части наших спектроскопических данных», — сказала она. «Приятно, что у нас есть гораздо больше данных, и мне не терпится увидеть, что еще мы сможем найти».
Туманность Ориона представляет собой обширную активную область звездообразования и планетообразования, а протопланетный диск d203-506 находится внутри нее на расстоянии около 1350 световых лет от Земли. Астрономы изучают туманность, чтобы понять все аспекты рождения звезд, поскольку там очень много новорожденных звезд. Кроме того, многие из них окружены дисками газа и пыли, называемыми протопланетными дисками (сокращенно проплиды). Эти регионы являются отличным местом для наблюдения за процессами формирования планет и особенно за взаимодействием между молодыми звездами и их дисками.
Водный цикл Проплида
Мы все знаем, что вода является важным компонентом жизни. Это, безусловно, сыграло роль в создании и поддержании жизни на нашей планете. Как оказалось, вода составляет значительную часть материалов в проплиде. В молодой Солнечной системе вода существовала на всей территории нашего проплида задолго до того, как сформировалась какая-либо из планет, в основном в ледяной форме, либо в виде ледяных тел, либо в виде астероидов и планетезималей. Он существует и в межзвездном пространстве.
Большая часть земной воды попала на формирующуюся планету за миллионы лет. Он растаял или выделился из газа, образовав океаны, реки и озера, которые мы видим сегодня. Но некоторая часть воды в диске рождения нашей системы, вероятно, прошла цикл «замерзания-оттаивания» внутри диска. Это произошло, когда Солнечная система еще представляла собой диск из газа и пыли. Вода была по существу разрушена, а затем вновь образовалась при более высоких температурах.
Мы больше не видим этого эффекта в нашей системе. Но астрономы могут направить телескопы на другие проплиды, чтобы увидеть, происходит ли там тот же процесс. Именно это и сделали Петерс и ее команда. Они использовали JWST, чтобы посмотреть на d203-506. Там яркие молодые звезды заливают близлежащие области проплида интенсивным ультрафиолетовым излучением. УФ-излучение расщепляет молекулы воды с образованием молекул гидроксила, в результате этого процесса также выделяется инфракрасный свет. JWST может найти этот свет и сообщить, сколько гидроксила находится в облаке рождения. По оценкам команды, процесс в d203-506 регулярно уничтожает и пополняет около земного океана, наполненного водой, каждый месяц.
Последствия формирования Солнечной системы
Система d203-506 в настоящее время формирует новые миры, но начиналась она как облако газа и пыли без звезды. Именно так возникла наша Солнечная система — как облако газа и пыли более 4,5 миллиардов лет назад. Облако, из которого оно образовалось, представляло собой холодную темную туманность, содержащую некоторое количество водяного льда или материала, богатого водой. Что-то подтолкнуло облако объединиться в область более высокой плотности, и она продолжала сжиматься под силой гравитации. Температура повысилась, и в конце концов начала формироваться протозвезда. Ультрафиолетовое излучение Солнца облучило родовое облако, что привело к аналогичной активности по разрушению и восполнению воды. Тепло и радиация Солнца также заставили более легкие элементы мигрировать в более холодные регионы системы.
Итак, d203-506 является отличным аналогом для изучения круговорота воды в молодой Солнечной системе. Судя по данным JWST, весьма вероятно, что вода в земных океанах прошла тот же процесс. В конце концов эта вода добралась до планетезималей и ледяных тел, которые помогли сформировать миры Солнечной системы.
Ледяные тела внешней Солнечной системы, вероятно, не подвергались таким экстремальным нагреваниям, разрушениям и пополнению запасов. Это потому, что они мигрировали на достаточно большие расстояния (или уже существовали на них), что солнечное излучение не имело такого же эффекта. Это одна из причин, по которой ученые-планетологи также заинтересованы в отборе проб этих далеких тел. Их «первоначальные» водяные льды являются хорошим примером того, какими были условия в первоначальной туманности до того, как она объединилась, образовав Солнце и планеты.
Для дополнительной информации
Исследователи обнаружили, что в туманности Ориона ежемесячно уничтожается запасы воды в океанах
ОН как исследование цикла теплой воды в планетообразующих дисках (ссылка на журнал)
OH как исследование цикла теплой воды в планетообразующих дисках (ссылка на arXiv)
