В протопланетном диске звезды оказалось втрое больше воды, чем во всех земных океанах

Вода — важнейший компонент жизни на Земле, ее можно найти в каждой клетке человеческого организма. Ученые полагают, что она играет значительную роль и в формировании планет, но какую именно, долгое время оставалось неясным.  

Команда астрофизиков из Европы и США приблизилась к ответу на этот вопрос. Ученые впервые смогли составить карту распределения воды в протопланетном диске — в газовом диске вокруг молодой звезды, из которого затем появляются планеты. Иными словами, узнали, сколько воды там содержится. Результаты работы опубликованы в журнале Nature Astronomy.

Объектом исследования астрофизиков стал массивный и яркий протопланетный диск, окружающий солнцеподобную звезду HL Тельца в одноименном созвездии, расположенную в 450 световых лет от Земли. Ранее исследователи обнаружили по эмиссионным линиям, что в диске находится некое скопление в виде сгустков горячего газа и крупных скалистых объектов. Это позволило предположить, что вблизи звезды идет активное формирование планетной системы. Дальнейшие наблюдения показали наличие там как минимум одной экзопланеты.

В новом исследовании ученые впервые детально изучили структуры этого протопланетного диска с помощью комплекса наземных радиотелескопов ALMA, расположенного в чилийской пустыне Атакаме. Полученные снимки и данные неожиданно указали на присутствие огромных запасов водяного пара в некоторых областях этого диска, а именно в пределах 17 астрономических единиц от HL Тельца. 

Чувствительность ALMA, позволяющая отслеживать движение даже самых холодных молекул газов, помогла астрофизикам «взвесить» этот водяной пар. Его общая масса превысила совокупную массу всех океанов Земли как минимум в 3,7 раза. 

«Это открытие не просто приближает нас к тому, чтобы окончательно понять, как формируются планеты, это еще и большое достижение для ALMA. Для наземных телескопов различить молекулы воды на таких невероятных расстояниях довольно сложно из-за воздействия земной атмосферы. На сегодняшний день ALMA — единственный наземный инструмент, который может справиться с этой задачей», — объяснил Ваутер Влеммингс (Wouter Vlemmings), один из авторов работы. 

Результаты исследования показали, что большая часть запасов водяного пара сосредоточена в трех кольцеобразных бороздках протопланетного диска, которые, как полагают ученые, появились по мере образования планет. На основе этого вывода ученые предположили, что планеты начинают накапливать воду из окружающей их среды еще на стадии формирования. 

Если это так, то водяной пар может влиять на химический состав планет, вероятно, он играет важную роль в формировании частиц, из которых затем возникают эти объекты. Одно из предположений — водяной пар осаждается на поверхности зерен пыли и превращается в лед, дальше зерна постепенно слипаются и образуются более крупные частицы твердой материи, из которых затем «лепится» планета.

В любом случае это гипотеза, которую еще предстоит проверить более чувствительными инструментами. В частности, авторы работы надеются детальнее исследовать протопланетный диск HL Тельца с помощью Чрезвычайно большого телескопа — наземной астрономической обсерватории, которую сейчас строят на горе Армасонес в Чили. Главным инструментом обсерватории станет телескоп с сегментным зеркалом диаметром в 39,3 метра, состоящий из 798 шестиугольных сегментов диаметром 1,4 метра каждый.

Отметим, что открытие воды в протопланетном диске HL Тельца, которое сделала команда европейских и американских астрофизиков, не первое в своем роде. В июле 2023 года исследователи из Германии и США с помощью космического телескопа «Джеймс Уэбб» обнаружили водяной пар в протопланетном диске звезды PDS 70, расположенной от Земли на расстоянии 370 световых лет. Но тогда ученые не смогли измерить массу водяного пара.