Як водяна пара переписує історію формування планет

Водяна пара була виявлена ​​в планетоутворюючому диску навколо молодої зірки, виявивши умови, що сприяють формуванню планет, і потенційний вплив на склад планети.

Дослідники виявили водяну пару в диску навколо молодої зірки саме там, де, можливо, формуються планети. Вода є ключовим інгредієнтом життя на Землі, а також вважається, що вона відіграє значну роль у формуванні планети. 

Проте досі ми ніколи не могли скласти карту того, як вода розподіляється в стабільному, прохолодному диску — типі диска, який пропонує найсприятливіші умови для формування планет навколо зірок. Нові відкриття стали можливими завдяки великому міліметровому/субміліметровому масиву Atacama (ALMA), партнером якого є Європейська південна обсерваторія (ESO).

Дивовижні спостереження з ALMA

«Я ніколи не міг собі уявити, що ми зможемо сфотографувати океани водяної пари в тому самому регіоні, де ймовірно формується планета», — каже Стефано Факкіні, астроном з Міланського університету, Італія, який керував дослідженням, опублікованим 29 лютого. в астрономії природи. Спостереження виявили принаймні в три рази більше води, ніж у всіх океанах Землі, у внутрішньому диску молодої сонцеподібної зірки HL Тельця, розташованої на відстані 450 світлових років від Землі в сузір’ї Тельця.

«Дійсно чудово, що ми можемо не тільки виявляти, але й робити детальні зображення та просторово розрізняти водяну пару на відстані 450 світлових років від нас», — додає співавтор Леонардо Тесті, астроном з Болонського університету, Італія. Спостереження з «просторовою роздільною здатністю» за допомогою ALMA дозволяють астрономам визначити розподіл води в різних регіонах диска. «Участь у такому важливому відкритті в знаковому диску HL Tauri була більшою за те, чого я ніколи не очікував від мого першого дослідницького досвіду в астрономії», — додає Матьє Вандер Донкт з Університету Льєжа, Бельгія, який був студентом магістратури, коли брав участь в дослідженні.

Роль води у формуванні планети

Значну кількість води було знайдено в регіоні, де існує відома щілина в диску HL Tauri. Кільцеподібні щілини утворюються в насичених газом і пилом дисках молодими планетоподібними тілами, що обертаються, коли вони збирають матеріал і ростуть. «Наші останні зображення показують значну кількість водяної пари на різних відстанях від зірки, включаючи щілину, де зараз потенційно може формуватися планета», — говорить Факкіні. Це свідчить про те, що водяна пара може вплинути на хімічний склад планет, які утворюються в цих регіонах.

Спостереження за водою за допомогою наземного телескопа не є легким завданням, оскільки велика кількість водяної пари в атмосфері Землі погіршує якість астрономічних сигналів. ALMA, якою керує ESO разом зі своїми міжнародними партнерами, являє собою масив телескопів у чилійській пустелі Атакама на висоті приблизно 5000 метрів, який був побудований у високому та сухому середовищі спеціально для мінімізації цього погіршення, забезпечуючи виняткові умови спостереження. «На сьогодні ALMA є єдиною установкою, здатною просторово розрізняти воду в прохолодному планетоутворюючому диску», — говорить співавтор Воутер Влеммінгс, професор Технологічного університету Чалмерса у Швеції.

Наслідки для майбутніх досліджень

«Це справді захоплююче спостерігати на зображенні, як молекули води вивільняються з крижаних частинок пилу», — каже Елізабет Хамфріс, астроном з ESO, яка також брала участь у дослідженні. Зерна пилу, що утворюють диск, є зародками формування планет, стикаючись і збираючись у все більші тіла, що обертаються навколо зірки. Астрономи вважають, що там, де достатньо холодно, щоб вода замерзала на частинки пилу, речі злипаються ефективніше — ідеальне місце для формування планети. «Наші результати показують, як присутність води може вплинути на розвиток планетарної системи, як це було близько 4,5 мільярдів років тому в нашій Сонячній системі», — додає Факкіні.

З оновленнями, які відбуваються в ALMA та Надзвичайно великому телескопі (ELT) ESO, які будуть працювати протягом десятиліття, формування планет і роль води в ньому стануть зрозумілішими, ніж будь-коли. Зокрема, METIS, середньоінфрачервоний ELT Imager and Spectrograph, дасть астрономам неперевершені види внутрішніх областей планетоутворюючих дисків, де формуються планети, такі як Земля.