Kosmiczny Teleskop Webba NASA wykrywa parę w skalistej strefie formowania się planet

Odkrycie pokazuje, że planety typu ziemskiego mają zbiorniki wodne.

Woda, woda, wszędzie – nie w kroplach, ale w postaci pary. Naukowcy używają NASAS Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba Odkryli, że spragnione planety w układzie PDS 70 mają dostęp do zbiornika. Co ważne, opary znaleziono w odległości 100 milionów mil od gwiazdy – regionu, w którym mogą powstawać planety typu ziemskiego, takie jak Ziemia. (Ziemia krąży w odległości 93 milionów mil od naszego Słońca.)

PDS 70 jest chłodniejsza niż nasze Słońce i szacuje się, że ma 5,4 miliona lat. Jest domem dla dwóch znanych gazowych olbrzymów, z których przynajmniej jeden wciąż akreuje materię i rośnie. Jest to pierwsze wykrycie wody w obszarze lądowym dysku, o którym wiadomo już, że zawiera dwie lub więcej protoplanet.

Widmo dysku protoplanetarnego PDS 70, uzyskane za pomocą Webbs MIRI (Mid Infrared Instrument), pokazuje kilka linii emisyjnych pary wodnej. Naukowcy ustalili, że mniej niż 100 milionów mil od gwiazdy – regionu, w którym powstają skaliste planety typu ziemskiego – wewnętrzny dysk układu zawiera wodę. Źródło: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI)

Kosmiczny Teleskop Webba wykrywa parę wodną w strefie formowania się planet skalistych

Wszyscy wiemy, że woda jest niezbędna do życia. Jednak to, w jaki sposób woda dotarła do Ziemi i czy te same procesy mogą zasiać skaliste egzoplanety krążące wokół odległych gwiazd, pozostaje tematem naukowej debaty. Dyskusje te mogą przynieść nowe spostrzeżenia z układu planetarnego PDS 70, znajdującego się 370 lat świetlnych stąd. Ten układ gwiezdny składa się zarówno z wewnętrznego, jak i zewnętrznego dysku gazu i pyłu, oddzielonych od siebie o 5 miliardów mil (lub 8 miliardów kilometrów). W tym przedziale znajdują się dwie znane gazowe olbrzymy.

Nowe dane zebrane przez należący do NASA Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba MIRI (instrument średniej podczerwieni) odkryły opary w wewnętrznym dysku systemu mniej niż 100 milionów mil (160 milionów kilometrów) od gwiazdy – w regionie, w którym mogą formować się skaliste planety typu ziemskiego. (Ziemia krąży 93 miliony mil od naszego Słońca.) Co ciekawe, po raz pierwszy wykryto wodę na powierzchni dysku, o którym już potwierdzono, że zawiera dwie lub więcej protoplanet.

„Widzieliśmy wodę w innych dyskach, ale nie tak blisko w układzie, w którym obecnie gromadzą się planety. Nie mogliśmy wykonać tego rodzaju pomiarów przed Webbem” – powiedziała główna autorka Giulia Perotti z Max Planck Institute for Astronomy (MPIA) w Heidelbergu w Niemczech.

„To odkrycie jest szczególnie ekscytujące, ponieważ bada region, w którym zazwyczaj powstają skaliste planety podobne do Ziemi” – powiedział dyrektor MPIA Thomas Henning, współautor artykułu. Henning jest głównym badaczem MIRI (instrumentu średniej podczerwieni) firmy Webba.

Środowisko pary do formowania się planet

PDS 70 to gwiazda typu K, chłodniejsza od naszego Słońca, której wiek szacuje się na 5,4 miliona lat. Jest stosunkowo stary, jeśli chodzi o gwiazdy z dyskami protoplanetarnymi, co sprawiło, że odkrycie pary wodnej było zaskakujące.

Z biegiem czasu zawartość gazu i pyłu w dyskach planetotwórczych maleje. Albo promieniowanie i wiatr z gwiazdy centralnej wyrzuca taką materię, albo pył rośnie w większe obiekty i ostatecznie tworzy planety. Ponieważ poprzednie badania nie wykryły wody w rdzeniach podobnie starych dysków, astronomowie podejrzewali, że nie są w stanie wytrzymać intensywnego promieniowania gwiazdowego, które doprowadziłoby do powstania suchego środowiska do formowania się planet skalistych.

Astronomowie nie wykryli jeszcze żadnych planet tworzących się w wewnętrznym dysku PDS 70. Surowce do budowy skalistych światów widzą jednak w postaci krzemianów. Wykrycie pary wodnej sugeruje, że gdyby powstały tam skaliste planety, miałyby dostęp do wody wcześnie.

„Widzimy stosunkowo dużą liczbę małych ziaren pyłu. Wraz z wykryciem pary, wewnętrzny dysk jest najbardziej ekscytującym miejscem” – powiedział współautor Rens Waters z Radboud University w Holandii.

Jakie jest pochodzenie wody?

To odkrycie rodzi pytanie, skąd wzięła się woda. Zespół MINDS rozważał dwa różne scenariusze, aby wyjaśnić swoje odkrycie.

Jedną z możliwości jest to, że cząsteczki wody tworzą się w miejscu, gdy łączą się atomy wodoru i tlenu. Druga możliwość jest taka, że ​​pokryte lodem cząstki pyłu są transportowane z zimnego dysku zewnętrznego do gorącego dysku wewnętrznego, gdzie lód wodny sublimuje i zamienia się w parę wodną. Taki system tranzytowy byłby zaskakujący, biorąc pod uwagę, że pył musiałby przekroczyć dużą szczelinę wyrzeźbioną przez dwie gigantyczne planety.

Kolejnym pytaniem wynikającym z odkrycia jest to, w jaki sposób woda może przetrwać tak blisko gwiazdy, kiedy ultrafioletowe światło gwiazdy rozbija cząsteczki wody. Często otaczające materiały, takie jak kurz i inne cząsteczki wody, działają jak tarcza ochronna. W rezultacie wewnętrzny dysk PDS 70 wytrzyma wykryte uszkodzenia spowodowane przez wodę.

Ostatecznie zespół użyje dwóch instrumentów Webba, NIRCam (kamera bliskiej podczerwieni) i NIRSpec (spektrometr bliskiej podczerwieni), do zbadania systemu PDS 70 w celu uzyskania jeszcze lepszego zrozumienia.

Obserwacje te zostały wykonane w ramach Projektu Obserwacji Gwarantowanego Czasu 1282. Wyniki badań są publikowane w czasopiśmie Natura.

Uwaga: g. Perotti, W. Chrześcijanie, T. Henning, B. Tabone, LPFM Waters, I. obóz, g. Olofson, SL Grant, D. Gazman, J. Bowman, M. Samland, R. Franceschi, EF van Dishoek, K. Szwarz, M. Goodell, P.-O. Bagaż, TB Ray, ur. Vandenbusche, A. Abergel, O. Absil, AM Arabavi, I. Argyrio, D. Barrado, A. Boccoletti, A. Carati o Carati, w. Koła zębate, rano Szklarz, K. Justananda, F. Lahuis, C. Nehuis, C. kens, R. Guadarrama, H. Jang, J. Kanwar, M. Morales-Calderon, N. Pawellek, D. Rodgers-Lee, J. Schreiber, L. Colina, TR Greve, G. Östlin i G. Wright, 24 lipca 2023 r., Natura.
DOI: 10.1038/s41586-023-06317-9

Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba to wiodące na świecie laboratorium badań kosmicznych. Webb rozwiązuje tajemnice naszego Układu Słonecznego, zagląda w odległe światy wokół innych gwiazd i bada tajemnicze struktury i pochodzenie naszego wszechświata oraz nasze miejsce w nim. WEB to międzynarodowy projekt prowadzony przez partnerów NASA, ESA.Europejska Agencja Kosmiczna) i Kanadyjska Agencja Kosmiczna.