Вчені представили перше детальне зображення льоду в планетоутворюючому диску

Міжнародна група астрономів під керівництвом Нідерландів зробила першу двовимірну інвентаризацію льоду в планетоутворюючому диску пилу та газу, який оточує молоду зірку. Вони використали космічний телескоп Джеймса Вебба та опублікували свої висновки в журналі Astronomy & Astrophysics.

Лід важливий для формування планет і комет. Завдяки льоду тверді частинки пилу злипаються у більші шматки, з яких утворюються планети та комети. Крім того, удари комет, що несуть лід, ймовірно, зробили значний внесок у кількість води на нашій Землі, утворивши її моря.

Цей лід також містить атоми вуглецю, водню, кисню та азоту, які важливі для формування молекулярних будівельних блоків життя. Однак лід у планетоутворюючих дисках ніколи раніше не картографувався детально. Це тому, що наземні телескопи перешкоджають нашій водостійкій атмосфері, а інші космічні телескопи недостатньо великі, щоб виявляти та розрізняти такі слабкі цілі. Космічний телескоп Джеймса Вебба вирішує ці проблеми.

Диск «гамбургер»

Дослідники досліджували зіркове світло від молодої зірки HH 48 NE, коли вона проходить через свій планетоутворюючий диск до космічного телескопа. Зірка і диск розташовані приблизно в 600 світлових роках від Землі в південному сузір’ї Хамелеона. Диск виглядає як гамбургер, з темною центральною смугою та двома яскравими булочками, тому що ми дивимося на нього збоку, з краю.

На шляху до телескопа світло зірки стикається з багатьма молекулами диска. Це створює спектри поглинання з піками, характерними для кожної молекули. Недоліком є ​​те, що до телескопа потрапляє мало світла, особливо з найщільнішої частини диска в темній смузі. Але оскільки космічний телескоп Джеймса Вебба чутливіший за будь-який інший телескоп, низький рівень світла не створює проблеми.

Дослідники спостерігали чіткі піки водяного льоду (H ₂ O), льоду з вуглекислого газу (CO₂) і льоду з чадного газу (CO) у спектрах поглинання. Крім того, вони знайшли ознаки льоду з аміаку (NH₃), ціанату (OCN^–), карбонілсульфіду (OCS) і важкого вуглекислого газу (¹³CO₂).

Співвідношення звичайного вуглекислого газу до важкого вуглекислого газу дозволило дослідникам вперше розрахувати, скільки вуглекислого газу міститься на диску. Одним із цікавих результатів було те, що виявлений дослідниками CO2 лід може бути змішаний з менш летючим CO2 _і водяним льодом, що дозволяє йому залишатися замороженим ближче до зірки, ніж вважалося раніше.

Програма Льодовиковий період

«Пряме відображення льоду в планетоутворюючому диску надає важливу інформацію для моделювання досліджень, які допомагають краще зрозуміти формування нашої Землі, інших планет у нашій Сонячній системі та навколо інших зірок. Завдяки цим спостереженням ми тепер можемо почати робити твердіші твердження щодо фізики та хімії формування зірок і планет», — каже провідний автор дослідження Арджан Стурм (Лейденський університет, Нідерланди).

«У 2016 році ми створили одну з перших дослідницьких програм JWST, «Льодовиковий період». Ми хотіли вивчити, як крижані будівельні блоки життя еволюціонують у подорожі від свого походження в холодних міжзоряних хмарах до областей формування комет молодих планетних систем. Зараз починають з’являтися результати. Це справді хвилюючий час», – каже співавтор Мелісса МакКлур (Лейденський університет). Вона очолює дослідницьку програму та опублікувала перші спостереження льоду льодовикового періоду в молекулярних хмарах у січні 2023 року.

Команда Льодовикового періоду найближчим часом вивчить більш розширені спектри того самого планетоутворюючого диска. Крім того, тепер вони можуть спостерігати за іншими планетоутворюючими дисками. Якщо висновок про льодові суміші вуглекислого газу справедливий, це змінить поточне розуміння планетного складу, потенційно призводячи до появи більш багатих вуглецем планет ближче до зірки.