Международная группа астрономов впервые провела двухмерное исследование льда в планетообразующем диске из пыли и газа, окружающем молодую звезду. Они использовали космический телескоп «Джеймс Уэбб» и опубликовали свои результаты в журнале Astronomy & Astrophysics.
Лёд играет важную роль в формировании планет и комет. Благодаря льду твёрдые частицы пыли слипаются в крупные куски, из которых формируются планеты и кометы. Кроме того, удары ледяных комет, вероятно, значительно увеличили количество воды на нашей Земле, сформировав моря.
Этот лёд также содержит атомы углерода, водорода, кислорода и азота, которые важны для формирования молекулярных строительных блоков жизни. Однако лёд в планетообразующих дисках до сих пор не был детально изучен. Это объясняется тем, что земные телескопы испытывают трудности из-за нашей атмосферы, содержащей влагу, а другие космические телескопы были недостаточно велики, чтобы обнаружить и разрешить такие слабые объекты. Космический телескоп Уэбб решает эти проблемы.
Исследователи изучили свет молодой звезды HH 48 NE, проходящий через её планетообразующий диск к космическому телескопу. Звезда и диск находятся на расстоянии около 600 световых лет от Земли в южном созвездии Хамелеона. Диск выглядит как гамбургер, с тёмной центральной полосой и двумя светлыми булочками, потому что мы смотрим на него сбоку, с краю.
По пути к телескопу звёздный свет сталкивается со многими молекулами диска. Это создаёт спектры поглощения с пиками, характерными для каждой молекулы. Недостатком является то, что до телескопа доходит мало света, особенно из самой плотной части диска в тёмной полосе. Но поскольку Уэбб более чувствителен, чем любой другой телескоп, низкий уровень света не представляет проблемы.
В спектрах поглощения исследователи заметили отчётливые пики водяного льда (H2O), льда из углекислого газа (CO2) и льда из угарного газа (CO). Кроме того, они обнаружили признаки льда из аммиака (NH3), цианата (OCN-), карбонилсульфида (OCS) и тяжёлого диоксида углерода (13CO2).
Соотношение обычной и тяжёлой двуокиси углерода позволило исследователям впервые рассчитать, сколько углекислого газа присутствует в диске. Одним из интересных результатов стало то, что обнаруженный исследователями лёд CO может быть смешан с менее летучим CO2 и водяным льдом, что позволяет ему оставаться в замороженном состоянии ближе к звезде, чем считалось ранее.
"Прямое картирование льда в планетообразующем диске даёт важные данные для моделирования, которое помогает лучше понять формирование нашей Земли, других планет в нашей Солнечной системе и вокруг других звёзд. Благодаря этим наблюдениям мы теперь можем начать делать более твёрдые заявления о физике и химии формирования звёзд и планет", - говорит ведущий автор исследования Арджан Стурм (Лейденский университет, Нидерланды).
«В 2016 году мы создали одну из первых исследовательских программ Уэбба - "Ледниковый период". Мы хотели изучить, как эволюционируют ледяные компоненты жизни на пути от их зарождения в холодных межзвёздных облаках до кометных регионов молодых планетных систем. Теперь начинают поступать результаты. Это действительно захватывающее время», - говорит соавтор работы Мелисса Макклюр (Лейденский университет). Она возглавляет исследовательскую программу и в январе 2023 года опубликовала первые наблюдения льда Ледникового периода в молекулярных облаках.
В ближайшем будущем команда Ice Age изучит более обширные спектры того же планетообразующего диска. Кроме того, теперь они могут наблюдать за другими планетообразующими дисками. Если вывод о наличии ледяных смесей CO подтвердится, это изменит текущее представление о составе планет, что потенциально приведёт к появлению большего количества богатых углеродом планет ближе к звезде.
В конечном итоге исследователи намерены узнать больше о путях формирования и составе планет, астероидов и комет.
