Woda to niezbędny składnik życia, przynajmniej takiego, jakie znamy. Naukowcy od lat debatują, w jaki sposób znalazła się na Ziemi i czy występuje też na odległych planetach. Nieco więcej światła na te kwestie rzucili badacze, którzy za pomocą teleskopu Webba wykryli parę wodną w wewnętrznej części dysku protoplanetarnego wokół młodej gwiazdy PDS 70. Obserwacje pokazują, że wodę można znaleźć tam, gdzie powstają planety takie jak Ziemia.
Zamontowane na pokładzie Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba (JWST) urządzenie o nazwie MIRI (Mid-Infrared Instrument), służące do obserwacji w zakresie średniej podczerwieni, wykryło parę wodną, która znajduje się w wewnętrznej części dysku protoplanetarnego, zaledwie 160 milionów kilometrów od swojej macierzystej gwiazdy. To rejomn w którym kogą powstawać planety skaliste, takie jak Ziemia. Zresztą Ziemia okrąża Słońce w niewiele mniejszej odległości.
Odkrycia dokonano w układzie PDS 70, który znajduje się 370 lat świetlnych od nas. W układzie tym niedawno badacze znaleźli dwie planety, które najprawdopodobniej krążą po tej samej orbicie (więcej na ten temat w tekście: Dwie planety na tej samej orbicie?).
– Wykryliśmy wodę w innych miejscach we Wszechświecie, jednak nigdy tak blisko gwiazdy, wokół której formują się planety. Dopiero Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba umożliwił nam tak szczegółowe obserwacje – mówi Giulia Perotti, główna autorka artykułu, pracująca w instytucie Maxa Plancka w Heidelbergu w Niemczech. - To odkrycie jest niezwykle ekscytujące, ponieważ wskazuje region, w którym zwykle formują się skaliste planety podobne do Ziemi – dodaje Thomas Henning, główny badacz MIRI oraz współautor artykułu.
Publikacja na ten temat ukazała się w czasopiśmie „Nature” (DOI: 10.1038/s41586-023-06317-9).
PDS 70 to gwiazda chłodniejsza od naszego Słońca. Naukowcy szacują, że powstała zaledwie 5,4 miliona lat temu. Wiemy też, że w systemie tym są co najmniej dwie planety - PDS 70b i PDS 70c. To gazowe olbrzymy, takie jak Jowisz. Choć to stosunkowo młoda gwiazda, to jak na standardy kosmiczne, dyski protoplanetarne utrzymują się wokół nie zaskakująco długo.
Z biegiem czasu zawartość gazu i pyłu w dyskach planetotwórczych maleje. Albo promieniowanie gwiazdy i wiatry przez nią emitowane wydmuchują taką materię, albo pył zlepia się w większe obiekty, które ostatecznie tworzą planety. Ponieważ poprzednie badania nie wykryły wody w centralnych obszarach podobnych dysków, astronomowie podejrzewali, że może ona nie przetrwać ostrego promieniowania gwiazdowego.
Układ ten posiada dwa dyski protoplanetarne. Między nimi jest przerwa o długości około ośmiu miliardów kilometrów. To w niej dostrzeżono dwa gazowe olbrzymy. Jednak w wewnętrznym dysku astronomowie nie wykryli żadnych planet. Widzą jednak surowce niezbędne do budowy skalistych światów. Wykrycie pary wodnej sugeruje, że jeśli uformują się tam skaliste planety, to woda będzie dla nich dostępna od samego początku.
– W obserwowanym układzie znaleźliśmy dużą ilość małych ziaren pyłu i pary wodnej. To bardzo ciekawe miejsce, w którym można przeprowadzać badania – przekonuje współautor artykułu Rens Waters z Radboud University w Holandii.
Naukowcy zastanawiają się, skąd pochodzi woda obserwowana w tym układzie. Pod uwagę brane są dwa scenariusze.
Pierwsza możliwość jest banalna. Eksperci uważają, że H2O może powstawać w kosmosie poprzez proste połączenie atomów wodoru i tlenu – wystarczą do tego tylko odpowiednie warunki. Druga opcja zakłada, że pokryte lodem cząsteczki pyłu przemieszczają się z chłodnych rejonów dysku zewnętrznego w stronę cieplejszych regionów dysku wewnętrznego, gdzie lód wodny sublimuje i zamienia się w parę. Taki system transportowy byłby zaskakujący, ponieważ pył musiałby przekroczyć dużą szczelinę wyrzeźbioną przez dwie gazowe planety.
Zagadką pozostaje to, jak woda może przetrwać tak blisko gwiazdy. Światło ultrafioletowe powinno rozbić cząsteczki wody na wodór oraz tlen. Najprawdopodobniej otaczające ją cząsteczki, takie jak ziarenka pyły, działają jak tarcza ochronna, sugerują badacze.
Źródło: NASA, fot. NASA, ESA, CSA, J. Olmsted (STScI)
