Kosmiczny Teleskop Webba NASA wykrył parę wodną w regionie formacji Rocky Planet

Koncepcja tego artysty przedstawia gwiazdę PDS 70 i jej wewnętrzny dysk protoplanetarny. Nowe pomiary przeprowadzone przez Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba ujawniły obecność pary wodnej w odległości mniejszej niż 100 milionów mil od gwiazdy – regionu, w którym mogą powstawać planety skaliste i ziemskie. Jest to pierwsze wykrycie wody w obszarze lądowym dysku, o którym wiadomo już, że zawiera dwie lub więcej protoplanet, z których jedna jest pokazana w prawym górnym rogu. Źródło: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI)

Odkrycie pokazuje, że istnieje rezerwuar wody dostępny dla planet skalistych, które mogą się tam łączyć.

Woda, woda, wszędzie – nie w kroplach, ale w postaci pary. naukowcy używający NASA’S Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba Odkryli, że spragnione planety w układzie PDS 70 mają dostęp do rezerwuaru wody. Co najważniejsze, para wodna została znaleziona w odległości 100 milionów mil od gwiazdy – regionu, w którym mogą powstawać planety typu ziemskiego, takie jak Ziemia. (Ziemia krąży około 93 milionów mil od naszego Słońca.)

PDS 70 jest znacznie chłodniejsza niż nasze Słońce, a jej wiek szacowany jest na 5,4 miliona lat. Jest domem dla dwóch znanych gazowych planet olbrzymów, z których przynajmniej jedna wciąż gromadzi 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 MIRI Webba (instrument średniej podczerwieni), przedstawia szereg linii emisyjnych pary wodnej. Naukowcy ustalili, że woda jest obecna w wewnętrznym dysku układu, w odległości mniejszej niż 100 milionów mil od gwiazdy – w regionie, w którym mogą powstawać skaliste i ziemskie planety. Źródło: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI)

Kosmiczny Teleskop Webba wykrywa parę wodną w obszarze formowania się skalistej planety

Woda jest niezbędna do życia, jakie znamy. Jednak to, w jaki sposób woda dostała się na Ziemię i czy te same procesy mogą zasiać nasiona skalistych egzoplanet krążących wokół odległych gwiazd, pozostaje przedmiotem naukowej debaty. Dyskusje te mogą zyskać na nowych spostrzeżeniach z układu planetarnego PDS 70, znajdującego się 370 lat świetlnych stąd. Ten układ gwiezdny zawiera wewnętrzny i zewnętrzny dysk gazu i pyłu, oddzielone od siebie przerwą 5 miliardów mil (lub 8 miliardów kilometrów). W tej szczelinie znajdują się dwie znane gazowe olbrzymy.

Nowe dane zebrane przez MIRI (instrument średniej podczerwieni) należącego do NASA Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba ujawniły parę wodną w wewnętrznym dysku systemu, w odległości mniejszej niż 100 milionów mil (160 milionów km) od gwiazdy – regionu, w którym mogą powstawać skaliste i ziemskie planety. (Ziemia krąży około 93 milionów mil od naszego Słońca.) Należy zauważyć, że po raz pierwszy wykryto wodę w obszarze lądowym dysku, w którym już potwierdzono, że zawiera dwie lub więcej protoplanet.

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

„To odkrycie jest bardzo ekscytujące, ponieważ bada region, w którym zwykle powstają skaliste planety podobne do Ziemi” – dodał dyrektor MPIA Thomas Henning, współautor artykułu. Henning jest głównym badaczem w programie Webba MIRI (Mid-Infrared Disk Survey), który dokonał wykrycia, oraz głównym badaczem w programie MINDS (MIRI Mid-Infrared Disk Survey), który zebrał dane.

Zaparowane środowisko do formowania się planet

PDS 70 to gwiazda typu K, która jest znacznie chłodniejsza od naszego Słońca, a jej wiek szacowany jest na 5,4 miliona lat. Jest to stosunkowo stare, jeśli chodzi o gwiazdy z dyskami tworzącymi planety, co sprawiło, że odkrycie pary wodnej było zaskakujące.

Z biegiem czasu zawartość gazu i pyłu w dyskach planetotwórczych maleje. Albo promieniowanie gwiazdy centralnej i wiatry zdmuchną taką materię, albo pył urosnie w większe ciała, które ostatecznie utworzą planety. Ponieważ poprzednie badania nie wykryły wody w centralnych obszarach dysków w podobnym wieku, astronomowie podejrzewali, że może ona nie przetrwać ostrego promieniowania gwiazdowego, co prowadzi do suchego środowiska do formowania się planet skalistych.

Astronomowie nie wykryli jeszcze żadnych planet tworzących się w wewnętrznym dysku PDS 70. Widzą jednak surowce do budowy skalistych światów w postaci krzemianów. Odkrycie pary wodnej sugeruje, że gdyby formowały się tam skaliste planety, od samego początku miałyby dostęp do wody.

Znaleźliśmy dość dużą ilość małych ziaren pyłu. Oprócz naszego odkrycia pary wodnej, wewnętrzny dysk jest bardzo ekscytującym miejscem, powiedział współautor Renz Waters z Radboud University w Holandii.

Jakie jest pochodzenie wody?

Odkrycie to rodzi pytanie o źródło wody. Zespół MINDS przyjrzał się dwóm różnym scenariuszom, aby wyjaśnić swoje odkrycia.

Jedną z możliwości jest to, że cząsteczki wody tworzą się w miejscu, tak jak je wykrywamy, gdy atomy wodoru i tlenu rekombinują. Druga możliwość jest taka, że ​​pokryte lodem cząsteczki pyłu przemieszczają się z zimnego dysku zewnętrznego do gorącego dysku wewnętrznego, gdzie lód wodny sublimuje i zamienia się w parę. Ten system transportu byłby zaskakujący, ponieważ pył musiałby pokonać ogromną przepaść utworzoną przez dwie gigantyczne planety.

Kolejnym pytaniem wynikającym z tego odkrycia jest to, jak woda może przetrwać tak blisko gwiazdy, kiedy światło ultrafioletowe gwiazdy musi rozbić cząsteczki wody. Najprawdopodobniej otaczające materiały, takie jak kurz i inne cząsteczki wody, działają jak tarcza ochronna. W rezultacie woda wykryta w wewnętrznym dysku PDS 70 mogła uniknąć zniszczenia.

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

Obserwacje te zostały wykonane w ramach gwarantowanego czasu obserwacji 1282. Odkrycie to zostało opublikowane w czasopiśmie Natura.

Odniesienie: „Woda w regionie formowania się planet PDS 70” G. Perotti, V. Christiaens, Th. Henning, B. Tabone, LBFM, Waters, I. Camp, G. Lagage, TP Ray, B. Vandenbussche, A. Abergel, O. Absil, AM Arabhavi, I. Argyriou, D. Barrado, A. Boccaletti, A. Caratti o Garatti, V. Geers, AM Glauser, K. Justannont, F. Lahuis, M. Onn, N. Natura.
DOI: 10.1038/s41586-023-06317-9

Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba jest czołowym na świecie kosmicznym obserwatorium naukowym. Webb rozwiązuje zagadki w naszym Układzie Słonecznym, patrzy poza odległe światy wokół innych gwiazd i bada tajemnicze struktury oraz pochodzenie wszechświata i nasze miejsce w nim. Webb to międzynarodowy program prowadzony przez NASA wraz ze swoim partnerem, ESA (Europejska Agencja Kosmiczna) i Kanadyjska Agencja Kosmiczna.