Międzynarodowy zespół astronomów dokonał pierwszej dwuwymiarowej rejestracji lodu w dysku protoplanetarnym otaczającym młodą gwiazdę.
Zespół wykorzystał w tym celu Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (James Webb Space Telescope – JWST), a wyniki swoich badań opublikował 6 grudnia 2023 roku w czasopiśmie „Astronomy & Astrophysics”.
Lód odgrywa istotną rolę w formowaniu planet i komet. Dzięki niemu stałe cząstki pyłu zlepiają się w większe kawałki, z których powstają planety i komety. Uderzenia komet niosących lód prawdopodobnie znacząco przyczyniły się do obecności wody na Ziemi, a co za tym idzie – do powstania mórz na naszej planecie. Lód ten zawiera również atomy węgla, tlenu i azotu, które są ważne w tworzeniu molekularnych elementów budulcowych życia. Niestety, lód w dyskach protoplanetarnych nigdy nie został dokładnie zmapowany – nasza atmosfera zawierająca wodę utrudnia obserwację za pomocą teleskopów naziemnych. Inne teleskopy kosmiczne nie były zaś wystarczająco duże, aby wykrywać i rozpoznawać tak słabe cele. Dopiero JWST stanowi rozwiązanie dla tych problemów.
Hamburger
Naukowcy przeanalizowali światło pochodzące od młodej gwiazdy HH 48 NE, przechodzące przez jej dysk protoplanetarny w kierunku teleskopu kosmicznego. Gwiazda i dysk znajdują się około 600 lat świetlnych od Ziemi w kierunku konstelacji Kameleona na południowej półkuli. Dysk wygląda jak hamburger, z ciemnym środkowym pasem i dwiema jasnymi bułeczkami, ponieważ patrzymy na niego z boku. W drodze do teleskopu światło gwiazdy zderza się z wieloma cząsteczkami dysku, co tworzy widma absorpcyjne z pikami specyficznymi dla każdej cząsteczki. Niestety, niewiele światła dociera do teleskopu, zwłaszcza z najgęstszej części dysku w ciemnym pasie. Jednakże ze względu na wyjątkową czułość JWST niski poziom światła nie stanowi problemu.
Naukowcy zaobserwowali wyraźne piki lodu wodnego (H2O), lodu dwutlenku węgla (CO2) i lodu tlenku węgla (CO) w widmach absorpcyjnych. Ponadto znaleźli dowody na obecność lodu amoniaku (NH3), cyjanianu (OCN)–, siarczku karbonylu (OCS) i ciężkiego dwutlenku węgla (13CO2). Stosunek zwykłego dwutlenku do ciężkiego dwutlenku węgla pozwolił naukowcom po raz pierwszy obliczyć, ile dwutlenku węgla znajduje się w dysku. Jednym z interesujących wyników było to, że wykryty przez naukowców lód CO może być zmieszany z mniej lotnym CO2 i lodem wodnym, co pozwala mu pozostać zamrożonym bliżej gwiazdy niż wcześniej sądzono.
Ice Age
Bezpośrednie mapowanie lodu w dysku protoplanetarnym stanowi ważny wkład w badania modelowe, które pomagają lepiej zrozumieć formowanie się Ziemi, innych planet w naszym Układzie Słonecznym i planet wokół innych gwiazd. Dzięki tym obserwacjom możemy teraz zacząć formułować bardziej stanowcze stwierdzenia na temat fizyki i chemii formowania się gwiazd i planet – powiedział główny autor badania, Adrjan Sturm z Uniwersytetu w Lejdzie.
W 2016 roku opracowaliśmy jeden z pierwszych programów badawczych dla JWST – Ice Age. Naszym celem było zbadanie, w jaki sposób lodowe składniki życia ewoluują podczas podróży od ich początków w chłodnych obłokach międzygwiazdowych do regionów tworzenia komet w młodych układach planetarnych. Teraz otrzymujemy pierwsze wyniki. To naprawdę ekscytujący moment – powiedziała współautorka badania, Melissa McClure z Uniwersytetu w Lejdzie, kierująca programem badawczym. Opublikowała ona w styczniu 2023 roku pierwsze obserwacje lodu z programu ICE Age w obłokach molekularnych.
Zespół Ice Age wkrótce przeprowadzi badania bardziej szczegółowych widm tego samego dysku protoplanetarnego. Teraz badacze będą w stanie obserwować inne dyski protoplanetarne. Jeśli odkrycie dotyczące mieszania lodu CO zostanie potwierdzone, może to zmienić obecne zrozumienie składu planet, potencjalnie prowadząc do odkrycia większej liczby planet bogatych w węgiel, a znajdujących się bliżej gwiazdy. Ostatecznie, naukowcy mają nadzieję zdobyć więcej informacji na temat procesów formowania się planet, planetoid i komet oraz wynikającego z nich składu.
Opracowanie: Agnieszka Nowak
Więcej informacji:
Źródło: Uniwersytet w Lejdzie
Na ilustracji: Złożony obraz wokół dysku protoplanetarnego HH 48 NE. Światło rozproszone na dysku jest czerwone. Gaz z wiatru nad dyskiem jest zielony. Strumień jest niebieski. Źródło: HST, JWST, Sturm i inni
