Снимок TW Гидры (eso.org)
Снеговая линия на Земле обозначает границу высоты, за которой температура столь низка, что там преобладает накопление твердой воды – снега и льда – над его испарением или таянием. Хороший пример снеговой линии дают нам снежные шапки гор. Не так просто оказалось наблюдать эту линию в огромном масштабе и на огромном (хотя и мизерном по астрономическим меркам) расстоянии. Тем не менее, интерферометр ALMA позволил впервые наблюдать снеговую линию в далекой планетарной системе. Эта линия, находящаяся в системе звезды TW Гидры, является уникальным источником информации об истории рождения комет и планет в системах звезд, о событиях, влияющих на их химический состав. Все результаты, полученные по этим данным, могут быть приложены и к Солнечной системе.
Как и на Земле, в звездных системах снеговая линия образуется далеко от звезды, в холодных областях ее пылевого протопланетного диска. При движении от звезды, первую снеговую линию образует вода – именно она замерзает раньше других летучих веществ. По мере удаления от звезды лед начинают образовывать экзотические для землянина соединения – диоксид углерода, метан, оксид углерода. Из-за этого пылевой диск звезды кажется имеющим разный цвет на разных удалениях от нее. Любые разновидности льда играют важнейшую роль в образовании будущих планет. Вместе с ними замерзают частички пыли, что делает начальные блоки для слипания и образования планетезималей крупнее. В случае их столкновения и расплавления при повышенной температуре они снова собираются в укрупненные частицы. Наконец, заледенение части жидкости или газа просто увеличивает количество твердой материи, доступной для образования планет.
Рисунок снеговой линии (eso.org)
Каждая часть снеговой линии, в зависимости от химического состава ее льда, может быть напрямую связана с рождением планет разных типов. Например, твердые каменные планеты образуются на ближней части водяной снеговой линии, ближе всего к звезде, где может существовать почти только пыль. За счет этого они получают меньше легких летучих материалов и избегают опасности превратиться в газового гиганта. За пределами снеговой линии оксида углерода рождаются ледяные газовые гиганты, которые в Солнечной системе как раз являются самыми далекими планетами. В Солнечной системе водяная снеговая линии находится в пределах орбит Марса и Юпитера, тогда как линия оксида углерода лежит в районе орбиты Нептуна.
Интерферометр ALMA смог наблюдать снеговую линию оксида углерода вокруг звезды TW Гидры на расстоянии 175 световых лет. Возраст этой звезды – всего несколько миллионов лет и она должна иметь много общего с молодым Солнцем. «ALMA дает нам возможность наблюдать снеговую линию около молодой звезды, а это очень интересно, так как приоткрывает дверь в историю очень молодой Солнечной системы, – говорит один из авторов открытия Чунхуа Ки, сотрудник Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики. – Мы теперь знаем, как выглядят далекие замерзшие просторы в звездной системе, похожей на нашу». Наличие снеговой линии оксида углерода имеет и более далекие последствия, нежели образование планет. Это соединение необходимо для образования метанола, который, в свою очередь, является главной строительной молекулой для более сложных органических соединений, связанных с жизнью. Кометы, рождающиеся в этом далеком регионе звездной системы, должны провести работу по обогащению родившихся ближе к звезде пригодных для жизни планет ее главными ингредиентами.
До ввода в строй интерферометра ALMA снеговые линии не удавалось обнаружить, так как они всегда находятся в относительно тонкой центральной плоскости протопланетного диска. Пылевой диск закрывал их, не давая изучить структуру. При этом вне этой плоскости образованию льда препятствует излучение звезды. Только в тонком слое диска плотность пыли на пути излучения светила достаточна, чтобы поглотить большую его часть и уберечь лед от плавления. Вне этой плоскости плотность недостаточна для того, чтобы блокировать свет звезды, но достаточна, чтобы скрыть лед от взора большинства человеческих телескопов. Для интерферометра ALMA эта задача также была непростой, и для изучения снеговой линии пришлось прибегнуть к косвенным наблюдениям. Вместо льда, который за завесой пыли нельзя наблюдать напрямую, наблюдались молекулы диазенилум, одного из первых ионов, обнаруженных в межзвездных облаках. Этот ион излучает в миллиметровой части спектра и является идеальной целью для интерферометра. Ион очень легко разрушается в присутствии газа моноксида углерода, так что большое его количество можно обнаружить только в области, где весь моноксид превратился в лед. Для обнаружения диазенилума в протопланетном диске близкой звезды чувствительности аппарата ALMA уже более чем достаточно. Граница, на которой этот ион внезапно появляется в диске TW Гидры, расположена в тридцати астрономических единицах от звезды. «Для этих наблюдений мы использовали всего 26 радиотелескопов из набора в 66 тарелок, составляющих интерферометр ALMA. Указания на наличие снеговой линии также начинают проявляться в наблюдениях других звезд с помощью этого аппарата. Думаю, использование всей мощи интерферометра позволит нам наблюдать снеговые линии у множества звезд, что значительно обогатит наши знания о рождении звездных систем», – говорит сотрудник Лейденской обсерватории Михель Хогехейде.
