Астрономы обнаружили большое количество водяного пара в протопланетном диске вокруг молодой звезды. Среди пыли воды как минимум в три раза больше, чем во всех океанах Земли вместе взятых. И он не распространяется по всему диску; он сконцентрирован во внутренней области диска.
Отсутствие воды означает отсутствие жизни, поэтому обнаружение такого большого количества воды в той части протопланетного диска, где формируются каменистые планеты, является интригующим открытием. И это не просто диск. Это холодный, стабильный диск, из которого, скорее всего, формируются планеты.
Результаты представлены в новой статье, опубликованной в журнале Nature Astronomy. Он называется «Разрешенные наблюдения ALMA за водой во внутренних астрономических единицах диска HL Тау». Ведущий автор — Стефано Факкини, астроном из Dipartimento di Fisica, Università degli Studi di Milano, Милан, Италия.
«Я никогда не предполагал, что мы сможем получить изображение океанов водяного пара в том же регионе, где, вероятно, формируется планета», — сказал Факкини.
Звезда HL Tau (HL Tauri) — молодая звезда, находящаяся примерно в 450 световых годах от нас. Вероятно, ему менее 100 000 лет, что делает его главной целью наблюдений в поисках понимания формирования планет. Когда дело доходит до наблюдения за газом и пылью, окружающими молодые звезды, ALMA — наш лучший инструмент. Одно из первых изображений высокого разрешения, полученных ALMA, — это HL Tau и ее диск. На изображении показаны кольца на диске, которые указывают на то, где, вероятно, формируются молодые планеты.
HL Tau всегда интриговала учёных, и теперь, когда они обнаружили такое большое количество водяного пара в её планетообразующем диске, молодая звезда стала ещё более привлекательной целью для наблюдений.
«Эти наблюдения открывают путь к характеристике содержания воды во внутренних областях протопланетных дисков», — пишут исследователи в своей статье. «Огромное угловое разрешение и чувствительность телескопа ALMA, даже в спектральных диапазонах низкой атмосферной прозрачности, обеспечивают пространственно и спектрально разрешенные изображения паров основного изотополога воды в диске, формирующем планеты».
ALMA не только обнаружила воду, но и определила, где она находится на диске и сколько ее там. «Наш анализ предполагает строгий нижний предел в 3,7 земных океана водяного пара, доступных в пределах 17 внутренних астрономических единиц системы», — пишут исследователи в своей статье.
Когда планеты принимают форму протопланетного диска, подобного диску вокруг HL Тельца, они расчищают полосы в пыли. Ничто другое, скорее всего, не создаст контрольные пробелы, которые сигнализируют о присутствии молодых, все еще формирующихся планет. За это понимание мы должны поблагодарить могущественную ALMA.
«Поистине замечательно, что мы можем не только обнаруживать, но и делать подробные изображения и пространственно разрешать водяной пар на расстоянии 450 световых лет от нас», — сказал соавтор исследования Леонардо Тести, астроном из Болонского университета, Италия. . Пространственное разрешение, о котором говорит Тести, достигнуто благодаря ALMA. Радиоинтерферометр позволил астрономам увидеть, как водяной пар распределяется по диску. «Участие в таком важном открытии культового диска HL Тельца превзошло то, что я когда-либо ожидал от своего первого исследовательского опыта в области астрономии», — добавил Матье Вандер Донкт из Университета Льежа, Бельгия, студент магистратуры, когда он участвовал. в исследовании.
ALMA — это радиоинтерферометр, то есть он наблюдает длины волн от 0,3 до 3,6 мм, что соответствует диапазону от 84 до 950 ГГц. В этом исследовании исследователи наблюдали разные «ароматы» молекул воды при разных температурах. «Мы наблюдали HL Tau в двух разных диапазонах ALMA (диапазон 5, первоначально разработанный с целью изучения воды в локальной Вселенной, и канал 7), чтобы нацелиться на три перехода воды», — объясняют исследователи.
Наблюдения обнаружили воду не только во внутренней области, где формируются каменистые планеты. Он обнаружил воду в одной из щелей, что указывает на то, что планета поглощает материал диска и увеличивает его массу. «Наши недавние изображения показывают значительное количество водяного пара на различных расстояниях от звезды, включая пространство, где в настоящее время потенциально может формироваться планета», — сказал Факкини. Естественный вывод состоит в том, что вода становится частью планеты.
Все эти результаты стали возможными благодаря возможностям ALMA. Это единственное устройство, которое у нас есть, которое может обнаружить воду в таком диске. «На сегодняшний день ALMA — единственная установка, способная пространственно растворять воду в холодном диске, образующем планету», — сказал соавтор исследования Воутер Влеммингс, профессор Технологического университета Чалмерса в Швеции.
Различные частоты наблюдений ALMA фиксируют воду по мере ее перехода, и часть этого исследования рассматривает воду в процессе ее освобождения от частиц пыли. Взаимоотношения между водой и пылью в диске, образующем планету, важны. Там, где достаточно холодно, чтобы вода замерзла на частицах пыли, частицы легче слипаются, способствуя процессу формирования планет.
«Поистине интересно наблюдать на фотографии, как молекулы воды высвобождаются из частиц ледяной пыли», — сказала Элизабет Хамфрис, астроном ESO, которая также участвовала в исследовании.
Кое-что из того, что астрономы видят в диске вокруг HL Тельца, похоже на окно в прошлое. Наша планета сформировалась аналогичным образом, и от диска к диску должны быть одинаковые процессы и механизмы.
«Наши результаты показывают, как присутствие воды может повлиять на развитие планетной системы, точно так же, как это произошло около 4,5 миллиардов лет назад в нашей Солнечной системе», — сказал Факкини.
ALMA действительно приложила все усилия в этой работе, и эта установка сыграла первостепенную роль в нашем исследовании протопланетных дисков вокруг молодых звезд. Но будущие телескопы превзойдут ALMA и позволят нам еще глубже и детальнее заглянуть внутрь пыльных, затемненных дисков. Чрезвычайно большой телескоп должен увидеть первый свет в 2028 году. Его мощный METIS (средний инфракрасный ELT-визуализатор и спектрограф) даст нам беспрецедентное представление о процессе формирования планет.
