Atradimas planetų moksle: Vandens ledo aptikimas aplink jauną į Saulę panašią žvaigždę

Vandens ledo atradimas aplink jauną į Saulę panašią žvaigždę: proveržis planetų formavimosi tyrimuose

Astronomai pirmą kartą užfiksavo vandens ledo buvimą nuolaužų diske, supančiame jauną, į Saulę panašią žvaigždę. Šis svarbus atradimas gerokai praplečia mūsų supratimą apie tai, kaip formuojasi ir vystosi planetų sistemos, įskaitant ir mūsų pačių Saulės sistemą. Pasitelkdama Džeimso Webbo kosminį teleskopą (JWST), tarpautinė Johns Hopkinso universiteto (JHU) mokslininkų komanda nustatė vandens ledo aplink HD 181327 žvaigždę, kuri yra vos 23 milijonų metų amžiaus ir nutolusi apie 155 šviesmečius nuo Žemės.

Mokslinis kontekstas: Vanduo ankstyvoje Saulės sistemos evoliucijoje

Jau dešimtmečius planetologai svarstė, kad išorinė Saulės sistema buvo turtinga vandens ledo, o kometos ir asteroidai galėjo pernešti šias gyvybiškai svarbias sudedamąsias dalis į Žemę bei kitas vidines planetas per chaotišką vėlyvojo sunkaus bombardavimo (prieš ~4 milijardus metų) epochą. Duomenys iš apledėjusių regionų, tokių kaip Kuiperio žiedas, kuriame gausu ledinių kūnų ir nuolaužų, seniai rodė, kad panašūs procesai gali vykti ir kitose besiformuojančiose planetų sistemose. Tačiau iki šiol tiesioginių stebėjimų įrodymų už mūsų Saulės sistemos ribų trūko.

Modernių teleskopų, tokių kaip JWST, atsiradimas iš esmės pakeitė mūsų galimybes tiesiogiai stebėti žvaigždžių ir planetų gimimą. Naujausias atradimas patvirtina hipotezę, kad vandens ledas yra svarbus ne tik mūsų sistemoje, bet ir protoplanetinėse diskuose, supančiuose jaunas į Saulę panašias žvaigždes visoje Pieno Take.

HD 181327 stebėjimai su JWST: metodai ir rezultatai

Astronomai tyrinėjo HD 181327 – žvaigždę, kurią galima laikyti tikros kosminės vaikystės būsenoje, jei palygintume su 4,6 mlrd. metų amžiaus Saule. Šią žvaigždę gaubia protoplanetinis diskas, sudarytas iš dujų, dulkių ir ledo, kuriame ilgainiui formuosis naujos planetos bei mažesni kūnai. Pasitelkę pažangų Near-Infrared Spectrograph (NIRSpec) instrumentą, tyrėjai nustatė ryškius kristalinio vandens ledo cheminius pėdsakus šioje žvaigždžių sistemoje.

Pastebėta, kad didžioji vandens ledo dalis yra išorinėje nuolaužų disko žiedo dalyje, kur jis sudaro daugiau nei 20 proc. visos tos srities masės. Tai primena mūsų Kuiperio žiedą, kuriame irgi randami lediniai objektai, vadinami „purvinomis sniego gniūžtėmis“, sudaryti iš ledo ir dulkių dalelių.

Tyrėjų komanda užfiksavo aiškų vandens ledo kiekio mažėjimo gradientą: kuo arčiau žvaigždės, tuo mažiau ledo išlieka. Apie 8 proc. medžiagos pusiaukelėje tarp disko krašto ir žvaigždės dar yra ledo, o pačiuose vidiniuose regionuose ledas praktiškai neaptinkamas. Šį modelį greičiausiai lemia intensyvi ultravioletinė žvaigždės spinduliuotė, kuri garina ledą arčiau žvaigždės. Mokslininkai taip pat svarsto, kad dalis vandens gali būti įkalinta uolinguose planetesimuose arba ankstyvose formuojamose planetose, kurių JWST dar nepajėgia aptikti.

Ekspertų įžvalgos ir platesnė reikšmė

JHU mokslininkas ir pagrindinis tyrimo autorius dr. Chen Xie NASA pranešime išskyrė atradimo svarbą: „Webb teleskopu aiškiai aptiktas ne tik vandens ledas, bet ir kristalinis ledas, randamas ir tokiuose regionuose kaip Saturno žiedai ar mūsų Saulės sistemos Kuiperio žiede. Vandens ledas padeda formuoti planetas, o ledo turinčios medžiagos ateityje gali būti nugabentos į vidines, galimai gyvenamąsias planetas.“

Bendraautorė Christine Chen (Erdvės Teleskopo Mokslo Institutas) pridūrė: „Labiausiai stebina, kad šie duomenys panašūs į neseniai gautus Webbo teleskopo stebėjimus mūsų pačių Kuiperio žiedo objektuose. Anksčiau mūsų instrumentai nebuvo pakankamai jautrūs tokiems matavimams.“

Disko struktūra ir planetų formavimosi eiga

JWST stebėjimai taip pat atskleidė aiškią, be dulkių likusią tarpą tarp HD 181327 žvaigždės ir jos nuolaužų disko – tai primena panašias struktūras jau subrendusiose planetinėse sistemose. Už šios tarpos driekiasi plotas, panašus į Kuiperio juostą, tankus nuo ledo objektų ir mažųjų planetų. Tyrėjai stebėjo nuolat vykstančius šių kūnų susidūrimus – dinamiškas sąveikas, kurios sukuria naujus ledinių ir dulkėtų nuolaužų debesis. Tokios kolizijos labai primena procesus, vykusius ankstyvoje Saulės sistemoje, kas dar labiau sieja šią jauną sistemą su mūsų kilme.

„HD 181327 – labai dinamiška sistema,“ teigia Chen. „Jos nuolaužų diske vyksta nuolatiniai susidūrimai. Kai susiduria lediniai kūnai, atsiranda smulkių dulkių ledo dalelių, kurias JWST lengvai gali aptikti.“ Šie atradimai patvirtina ir ankstesnius, kuklesnius 2008 m. NASA Spitzerio teleskopo stebėjimų duomenis.

Poveikis planetų kilmei ir ateities tyrimams

Vandens ledo patvirtinimas jaunoje žvaigždės sistemoje dar labiau sustiprina teoriją, kad vandens atnešimas yra visuotinė planetų sistemos formavimosi dalis. Tai suteikia esminę užuominą, kaip Žemė gavo savo gyvybiškai svarbų vandenį ir padidina galimybę rasti tinkamas sąlygas gyvybei kitur Visatoje.

Ateities astronominiai projektai ir tokios stebėjimų priemonės kaip JWST leis aptikti dar daugiau jaunų, vandens gausių planetų sistemų. Nuolatiniai protoplanetinių diskų ir nuolaužų juostų stebėjimai padės detaliai suprasti planetų gimimą – nuo pirmųjų dulkių ir ledo susidūrimų iki sudėtingų, gyvybei tinkamų pasaulių formavimosi.

Išvados

Džeimso Webbo teleskopo aptiktas vandens ledas HD 181327 nuolaužų diske galutinai patvirtina dešimtmečius kurtas teorijas apie planetų ledo kilmę. Pirmą kartą aiškiai užfiksuotos sąlygos už mūsų Saulės sistemos ribų atskleidžia universalius planetų gimimo kelius visoje galaktikoje. Tolimesni šio tipo sistemų tyrimai žada ne tik praplėsti mūsų supratimą apie Žemės kilmę, bet ir padės identifikuoti kitas, į Žemę panašias planetas – gal net tokias, kurios galėtų būti tinkamos gyvybei.