Astronomowie przy pomocy Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba wykryli lód wodny w dysku pyłu i gruzu, który krąży wokół gwiazdy HD 181327. Gwiazda ta oddalona jest od nas około 155 lat świetlnych.
Od dawna wiemy, że lód wodny, czyli zamarznięta woda, jest powszechny w Układzie Słonecznym. Można go znaleźć na księżycach Jowisza, Saturna, Urana i Neptuna, a także na kometach, planetach karłowatych i obiektach skalistych dryfujących przez Pas Kuipera na rubieżach naszego systemu planetarnego. Lód wodny to termin określający skład materiału, bo w kosmosie można zaobserwować również wiele innych zamrożonych substancji, takich jak zamarznięty dwutlenek węgla, czyli tzw. suchy lód.
Ale czy zamarznięta woda jest również obecna wokół innych gwiazd? Naukowcy od dawna się tego spodziewali, częściowo na podstawie wcześniejszych odkryć jej gazowej formy, czyli pary wodnej, która zresztą w Układzie Słonecznym również występuje. W niedawnych badaniach astronomowie zyskali ostateczny dowód i potwierdzili obecność lodu wodnego w dysku pył u i gruzu wokół gwiazdy HD 181327.
Wyniki oraz opis obserwacji ukazał się na łamach pisma „Nature” (DOI: 10.1038/s41586-025-08920-4).
Małe, brudne śnieżki
Dyski pyłowe to zbiory małych obiektów krążące wokół gwiazd. Znajdują się w nich asteroidy, komety, a także pył i gaz. Ich obserwacje mogą pomóc nam lepiej zrozumieć ewolucję układów planetarnych. Choć lód wodny był znajdywany na wielu obiektach Pasa Kuipera i kometach w Układzie Słonecznym, to do tej pory nie znaleziono żadnych dowodów na obecność lodu wodnego wokół innych gwiazd.
– Webb jednoznacznie wykrył krystaliczny lód wodny, który występuje również w miejscach takich jak pierścienie Saturna i lodowe ciała w Pasie Kuipera w naszym Układzie Słonecznym – powiedział Chen Xie z Johns Hopkins University w Baltimore, główny autor publikacji. Cała zamarznięta woda wykryta przez Webba wokół gwiazdy HD 181327 jest połączona z drobnymi cząsteczkami pyłu w dysku — niczym maleńkie, „brudne śnieżki”.
Astronomowie czekali na te dane przez dziesięciolecia. – Kiedy 25 lat temu byłam studentką, powiedziano mi, że w dyskach powinien znajdować się lód wodny, ale przed Webbem nie mieliśmy instrumentów wystarczająco czułych, aby dokonać tych obserwacji – powiedziała Christine Chen ze Space Telescope Science Institute w Baltimore, współautorka publikacji. – Najbardziej uderzające jest to, że te dane wyglądają podobnie do innych niedawnych obserwacji obiektów Pasa Kuipera w naszym układzie słonecznym – dodała.
Lód wodny wokół HD 181327
Lód wodny jest kluczowym składnikiem dysków wokół młodych gwiazd i ma duży wpływ na powstawanie planet olbrzymów. Może też być dostarczany przez małe ciała, takie jak komety i asteroidy, na w pełni uformowane już planety skaliste.
Gwiazda HD 181327 jest znacznie młodsza od naszego Słońca. Szacuje się, że ma 23 miliony lat – to ułamek wieku naszej gwiazdy, która ma 4,6 miliarda lat. HD 181327 jest nieco masywniejsza od Słońca i gorętsza. Już w 2008 roku dane z wycofanego Kosmicznego Teleskopu Spitzera zasugerowały możliwość występowania tam zamarzniętej wody.
Dysk znajduje się w odległości od około 84 AU do 113 AU od HD 181327, a jego szerokość wynosi około 25 AU (AU – astronomical unit, jednostka astronomiczna, czyli odległość między Słońcem a Ziemią, w przybliżeniu 150 mln km). Poprzednie obserwacje tego dysku ujawniły obecność obiektów bogatych w substancje lotne. To, wraz ze stosunkowo młodym wiekiem gwiazdy sprawia, że dysk jest młodym analogiem Pasa Kuipera, a zatem doskonałym miejscem do poszukiwania lodu wodnego.
– HD 181327 to bardzo aktywny system. W jego dysku regularnie dochodzi do kolizji. Kiedy te lodowe ciała zderzają się, uwalniają maleńkie cząsteczki pyłowego lodu wodnego, których rozmiar jest idealny do wykrycia przez Webba – wyjaśnił Chen.
Lód wodny nie jest równomiernie rozłożony w dysku. Większość znajduje się tam, gdzie jest najzimniej, czyli daleko od gwiazdy. Badacze ustalili, że zewnętrzny obszar dysku składa się w ponad 20 proc. z lodu wodnego, ale w obszarze dysku znajdującym się najbliżej gwiazdy teleskop Webba nie wykrył prawie żadnych cząsteczek lodu wodnego. Prawdopodobnie ultrafioletowe światło gwiazdy odparowuje te najbliższe.
Oprócz wykrycia lodu wodnego, analizy wykazały również obecność siarczku żelaza i oliwinu w badanym dysku.
Źródło: NASA, Science X Network, Live Science, fot. NASA, ESA, CSA, Ralf Crawford (STScI)
