Космический телескоп НАСА «Джеймс Уэбб» сделал революционное открытие, подтвердив наличие кристаллического водяного льда в пыльном диске обломков, вращающемся вокруг HD 181327 — звезды, похожей на Солнце, расположенной на расстоянии 155 световых лет от нас. Это первое убедительное доказательство наличия замёрзшей воды в планетарной системе за пределами нашей Солнечной системы.
HD 181327 Кристаллический Водяной Лед
Кристаллический водяной лёд, обнаруженный вокруг HD 181327, неравномерно распределён по диску обломков вокруг звезды. В самых холодных внешних областях водяной лёд составляет более 20% материала диска, в то время как в средних областях его содержание составляет около 8%, а в областях, наиболее близких к звезде, его практически нет. Этот градиент, вероятно, возникает из-за того, что ультрафиолетовое излучение звезды испаряет частицы льда во внутренних областях. Обнаруженный Уэббом лёд выглядит как «грязные снежки» — крошечные частицы водяного льда, смешанные с мелкой пылью по всему диску.
Спектрограф ближнего инфракрасного диапазона (NIRSpec) телескопа «Уэбб» обнаружил не просто обычный водяной лёд, а именно кристаллический водяной лёд, для которого характерен выраженный пик Френеля на длине волны 3,1 мкм. Эта форма льда также встречается в кольцах Сатурна и на объектах пояса Койпера в нашей Солнечной системе, что указывает на схожие процессы формирования в разных планетарных системах. Открытие этого ледяного резервуара в так называемом «экзопоясе Койпера» указывает на динамическую систему, в которой водяной лёд постоянно разрушается и пополняется за счёт столкновений между ледяными телами.
Грязные снежки в Космосе
Первое свидетельство тому...
«Грязные снежки», обнаруженные Уэббом, представляют собой важное открытие для понимания процесса формирования планет. Эти крошечные скопления водяного льда, смешанного с частицами пыли, в диске обломков HD 181327 дают важную информацию о том, как формируются планеты и другие небесные тела. Водяной лёд играет важную роль в формировании планет, образуя липкую поверхность, которая помогает пыли и камням сливаться в более крупные тела. Этот процесс особенно важен для формирования гигантских планет, в то время как эти ледяные материалы могут в конечном итоге доставляться на планеты земной группы кометами и астероидами.
Ученые предсказывали это открытие на протяжении десятилетий. Кристин Чен отметила, что ее научный руководитель предсказал наличие льда в дисках из обломков 25 лет назад, но инструменты не были достаточно чувствительными, чтобы обнаружить его до появления «Уэбба». Подтверждение наличия водяного льда в этой молодой звездной системе, которая напоминает наш собственный пояс Койпера, позволяет предположить, что подобные механизмы формирования могут быть универсальными для всех планетарных систем. Эти открытия открывают новые направления исследований для изучения того, как водяной лёд влияет на развитие планет в космосе, потенциально раскрывая, как Земля получила свою собственную воду в период ранней бомбардировки.
Соединение колец Сатурна
Кристаллический водяной лёд, обнаруженный вокруг HD 181327, поразительно похож на лёд, обнаруженный в кольцах Сатурна, что указывает на интригующую космическую связь. Кольца Сатурна на 99,9% состоят из чистого водяного льда, преимущественно в кристаллической форме, с частицами размером от крошечных крупинок до валунов диаметром в несколько метров. Этот состав соответствует тому, что Уэбб обнаружил в диске обломков HD 181327, что указывает на универсальные процессы формирования льда в разных звёздных системах.
Система колец Сатурна представляет собой динамичную среду, в которой столкновения между ледяными телами постоянно изменяют структуру. В результате таких «схваток» образуются более мелкие ледяные частицы, которые взаимодействуют с частицами плазмы в магнитном поле Сатурна, подобно продолжающимся столкновениям в активной системе HD 181327, в результате которых высвобождаются крошечные частицы пыльного водяного льда5. Спектральные характеристики кристаллического водяного льда в обеих системах демонстрируют характерные полосы поглощения и отражения. Инструменты «Уэбба» способны обнаруживать эти едва заметные особенности как в нашей ближайшей окрестности, так и в далёких звёздных системах. Эта связь позволяет астрономам использовать близлежащую лабораторию для изучения процессов, которые, вероятно, происходили миллиарды лет назад в HD 181327 и в нашей ранней Солнечной системе, что даёт представление об универсальной механике формирования планет.