Космический телескоп Уэбба НАСА обнаружил водяной пар в районе формирования Скалистых планет.

В концепте этого художника изображена звезда PDS 70 и ее внутренний протопланетный диск. Новые измерения космического телескопа имени Джеймса Уэбба НАСА выявили наличие водяного пара на расстоянии менее 100 миллионов миль от звезды — области, где могут формироваться твердые планеты и планеты земной группы. Это первое обнаружение воды в земной области диска, где, как уже известно, находятся две или более протопланет, одна из которых показана вверху справа. Авторы и права: НАСА, ЕКА, CSA, Джозеф Олмстед (STScI)

Открытие показывает, что существует резервуар воды, доступный для планет земной группы, которые могут там сливаться.

Вода, вода, везде — не каплями, а паром. ученые, использующие НАСАх Космический телескоп Джеймса Уэбба Они обнаружили, что жаждущие планеты в системе PDS 70 имеют доступ к резервуару с водой. Что наиболее важно, водяной пар был обнаружен в пределах 100 миллионов миль от звезды — области, где могут образоваться планеты земной группы, такие как Земля. (Земля вращается на расстоянии около 93 миллионов миль от нашего Солнца.)

PDS 70 намного холоднее нашего Солнца, его предполагаемый возраст составляет 5,4 миллиона лет. Здесь находятся две известные газовые планеты-гиганты, по крайней мере одна из которых все еще накапливает материал и растет. Это первое обнаружение воды в земной области диска, где, как уже известно, находятся две или более протопланет.

Спектр протопланетного диска PDS 70, полученный с помощью MIRI Уэбба (инструмент среднего инфракрасного диапазона), показывает ряд эмиссионных линий водяного пара. Ученые определили, что вода присутствует во внутреннем диске системы на расстоянии менее 100 миллионов миль от звезды — области, где могут формироваться твердые планеты и планеты земной группы. Авторы и права: НАСА, ЕКА, CSA, Джозеф Олмстед (STScI)

Космический телескоп Уэбба обнаружил водяной пар в области формирования каменистой планеты.

Вода необходима для жизни, какой мы ее знаем. Однако вопрос о том, как вода попала на Землю и могли ли те же процессы посеять семена скалистых экзопланет, вращающихся вокруг далеких звезд, остается предметом научных дискуссий. Этим обсуждениям могут помочь новые идеи планетной системы PDS 70, расположенной в 370 световых годах от нас. Эта звездная система включает в себя внутренний и внешний диски из газа и пыли, разделенные промежутком в 5 миллиардов миль (или 8 миллиардов километров). В этом промежутке находятся две известные газовые планеты-гиганты.

Новые данные, собранные с помощью MIRI (инструмент среднего инфракрасного диапазона) космического телескопа НАСА имени Джеймса Уэбба, выявили наличие водяного пара во внутреннем диске системы на расстоянии менее 100 миллионов миль (160 миллионов километров) от звезды — области, где могут формироваться твердые планеты и планеты земной группы. (Земля вращается на расстоянии около 93 миллионов миль от нашего Солнца.) Следует отметить, что это первый случай, когда вода была обнаружена в земной области диска, на котором уже было подтверждено наличие двух или более протопланет.

«Мы видели воду в других дисках, но не так близко к системе, где в настоящее время собираются планеты. Мы не могли проводить такого рода измерения до Уэбба», — сказала ведущий автор Джулия Перотти из Института астрономии Макса Планка (MPIA) в Гейдельберге, Германия.

«Это открытие очень интересно, так как оно исследует область, в которой обычно формируются скалистые планеты, похожие на Землю», — добавил директор MPIA Томас Хеннинг, соавтор статьи. Хеннинг является соруководителем программы Уэбба MIRI (Mid-Infrared Disk Survey), которая проводила обнаружение, и главным исследователем программы MINDS (MIRI Mid-Infrared Disk Survey), которая собирала данные.

Парная среда для формирования планет

PDS 70 — звезда K-типа, которая намного холоднее нашего Солнца, ее возраст оценивается в 5,4 миллиона лет. Это относительно старое явление с точки зрения звезд с дисками, формирующими планеты, что сделало открытие водяного пара удивительным.

Со временем содержание газа и пыли в планетообразующих дисках уменьшается. Либо излучение центральной звезды и ветер сдувают такой материал, либо пыль превращается в более крупные тела, которые в конечном итоге образуют планеты. Поскольку в предыдущих исследованиях не удалось обнаружить воду в центральных областях дисков аналогичного возраста, астрономы заподозрили, что она может не выдержать жесткого звездного излучения, что приводит к сухой среде для образования любых каменистых планет.

Астрономы еще не обнаружили каких-либо планет, формирующихся во внутреннем диске PDS 70. Однако они видят сырье для создания каменистых миров в виде силикатов. Открытие водяного пара предполагает, что если бы там формировались каменистые планеты, то с самого начала у них была бы доступная вода.

Мы обнаружили довольно большое количество мелких пылинок. «Помимо нашего открытия водяного пара, внутренний диск — очень интересное место», — сказал соавтор Ренц Уотерс из Университета Радбауд в Нидерландах.

Каково происхождение воды?

Это открытие поднимает вопрос об источнике воды. Команда MINDS рассмотрела два разных сценария, чтобы объяснить свои выводы.

Одна из возможностей состоит в том, что молекулы воды формируются на месте, как мы их обнаруживаем, когда атомы водорода и кислорода рекомбинируют. Вторая возможность состоит в том, что покрытые льдом частицы пыли перемещаются от холодного внешнего диска к горячему внутреннему диску, где водяной лед сублимируется и превращается в пар. Эта транспортная система была бы удивительной, поскольку пыли пришлось бы пересечь огромную пропасть, образованную двумя планетами-гигантами.

Еще один вопрос, поднятый этим открытием, заключается в том, как вода может выживать так близко к звезде, когда ультрафиолетовый свет звезды должен разрушать любые молекулы воды. Скорее всего, окружающие материалы, такие как пыль и другие частицы воды, действуют как защитный экран. В результате вода, обнаруженная во внутреннем диске ПДС-70, могла избежать разрушения.

В конечном итоге команда будет использовать два других инструмента Уэбба, NIRCam (камера ближнего инфракрасного диапазона) и NIRSpec (спектрометр ближнего инфракрасного диапазона), чтобы изучить PDS 70, чтобы получить более полное представление.

Эти наблюдения были сделаны в рамках гарантированного наблюдения за временем 1282 года. Это открытие было опубликовано в журнале природа.

Ссылка: «Вода в планетообразующей области PDS 70» Г. Перотти, В. Кристианса, Th. Хеннинг, Б. Табоне, LBFM, Уотерс, И. Кэмп, Г. Лагаге, Т. П. Рэй, Б. Ванденбуше, А. Абергель, О. Абсил, А. М. Арабхави, И. Аргириу, Д. Баррадо, А. Боккалетти, А. Каратти или Гаратти, В. Гирс, А. М. Глаузер, К. Юстаннон, Ф. Лаюис, М. Онн, Н. природа.
DOI: 10.1038/s41586-023-06317-9

Космический телескоп Джеймса Уэбба — первая в мире обсерватория космических наук. Уэбб разгадывает тайны нашей Солнечной системы, заглядывает за пределы далеких миров вокруг других звезд, исследует загадочные структуры, происхождение Вселенной и наше место в ней. Webb — это международная программа, возглавляемая НАСА совместно со своим партнером ЕКА (Европейское космическое агентство) и Канадское космическое агентство.