Астрономы раскрыли загадку обитаемых миров: вот откуда там появилась вода
Вопрос о происхождении жизни и наличии необходимых для нее условий во Вселенной давно будоражит умы человечества. Ученые десятилетиями строили гипотезы о том, как вода, этот фундаментальный компонент известных нам живых организмов, могла появиться на планетах, подобных Земле. Особый интерес всегда вызывали молодые звездные системы, ведь именно на ранних этапах их формирования закладываются основы будущих планетных тел, их химического состава и потенциальной обитаемости. Понимание данных процессов — это не просто академический интерес, это попытка заглянуть в прошлое нашей Солнечной системы и, возможно, предсказать будущее других.
Откуда вода на экзопланетах?
Долгое время доминировала теория, согласно которой вода доставлялась на внутренние планеты, включая Землю, посредством бомбардировки кометами и астероидами. Считается, что этот период, известный как Поздняя тяжелая бомбардировка произошел около 4 миллиардов лет назад. Косвенные подтверждения этой гипотезы находили в изучении объектов Пояса Койпера — гигантского кольца ледяных тел за орбитой Нептуна. Однако прямых доказательств наличия воды на самых ранних стадиях формирования экзопланетных систем, особенно у звезд, похожих на наше Солнце, до недавнего времени получить не удавалось. Это создавало определенный вакуум в нашем понимании эволюции планетных систем и механизмов распределения летучих соединений, таких как вода, являющихся критически важными для астробиологии.
Технологический прогресс не стоит на месте, и появление инструментов нового поколения открывает перед астрономами ранее недоступные горизонты. Возможность детально изучать протопланетные диски — гигантские облака газа и пыли вокруг молодых звезд, из которых формируются планеты, — стала настоящим прорывом.
Именно в этих космических «колыбелях» скрыты ответы на многие вопросы о зарождении планетных систем. Исследование химического состава таких дисков, особенно наличия и распределения водяного льда, имеет первостепенное значение для проверки существующих моделей планетообразования.
И вот, наконец, благодаря возможностям космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST), ученые получили убедительные данные, способные пролить свет на эту загадку. Исследовательская группа под руководством специалистов из Университета Джонса Хопкинса (JHU) направила высокочувствительные инструменты телескопа на молодую звезду, поразительно напоминающую наше Солнце в его юности. Эта звезда, известная под каталожным номером HD 181327, находится на расстоянии 155 световых лет от Земли. Ее возраст оценивается всего в 23 миллиона лет. По сравнению с нашей Солнечной системой, насчитывающей 4,6 миллиарда лет, эту звезду можно считать «младенцем».
Открытие, которое перевернуло все
Используя ближний инфракрасный спектрограф (NIRSpec) телескопа JWST, астрономы смогли обнаружить не просто воду, а кристаллический водяной лед в остаточном диске, окружающем HD 181327. Это открытие имеет колоссальное значение. Кристаллическая форма льда указывает на определенные температурные условия и процессы его формирования, схожие с теми, что наблюдаются в кольцах Сатурна и на ледяных телах в Поясе Койпера нашей Солнечной системы. Это прямое свидетельство того, что вода действительно присутствует в значительных количествах на ранних этапах эволюции солнцеподобных звезд.
Анализ данных показал, что большая часть водяного льда, более 20% от общей массы диска, сосредоточена во внешних его областях. Это согласуется с теоретическими моделями, предсказывающими конденсацию льда на удалении от звезды, где температуры достаточно низки.
По мере приближения к звезде HD 181327 количество обнаруженного льда резко сокращалось: на полпути от края диска его доля составляла уже около 8%, а в непосредственной близости к звезде лед практически не детектировался. Вероятнее всего, это связано с интенсивным ультрафиолетовым излучением молодой звезды, которое приводит к испарению (сублимации) льда. Однако не исключено, что часть воды может быть связана в составе более крупных скалистых тел — планетезималей.
Чен Се, научный сотрудник JHU и ведущий автор исследования, подчеркнул важность находки: «Уэбб однозначно обнаружил не просто водяной лед, а кристаллический водяной лед… Присутствие водяного льда способствует формированию планет. Лед также может «доставляться» на землеподобные планеты, которые могут сформироваться в течение нескольких сотен миллионов лет в таких системах».
Наблюдения также показали широкий, свободный от пыли промежуток между звездой и ее остаточным диском, что может указывать на гравитационное влияние формирующихся планет. Система HD 181327 оказалась очень активной, с регулярными столкновениями ледяных тел, высвобождающих мелкие частицы пыльного водяного льда, которые и смог зафиксировать JWST.
Это открытие не только подтверждает давние гипотезы о роли ледяных тел в доставке воды на планеты, но и открывает новые возможности для изучения процессов, управляющих развитием солнечных систем. Оно предоставляет бесценные данные для уточнения моделей планетообразования и проливает свет на то, как могла сформироваться и получить свои запасы воды наша собственная Солнечная система.
Астрономы планируют продолжить поиск и детальное изучение водяного льда в других остаточных дисках с помощью JWST и будущих телескопов следующего поколения, что, несомненно, приведет к новым захватывающим открытиям в области астрофизики и экзопланетологии. Результаты исследования были опубликованы в престижном научном журнале Nature.
