ALMA обнаружил молекулы воды в протопланетном диске
С помощью ALMA была обнаружена вода в протопланетном диске вокруг звезды V883 Orionis. Вода была обнаружена в горячем диске звезды благодаря излучению, испускаемому молекулами. Исследование предполагает, что вода, даже на Земле, может быть намного старше Солнца.
Используя ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), исследовательская группа обнаружила воду в газообразной форме в диске планетарного образования вокруг звезды V883 Orionis. Это открытие подтверждает идею о том, что вода на Земле даже старше Солнца.
V883 Orionis - это диск планетарного образования, расположенный на расстоянии около 1300 световых лет от Земли. Звезды образуются в результате гравитационных неустойчивостей в облаках газа и пыли, из которых рождается протозвезда.
Вокруг нее облачный материал образует диск, в котором в течение нескольких миллионов лет происходит агрегация вещества с образованием комет, астероидов и планет. На этом этапе диск называется протопланетным. В это время вода становится очень важной, поскольку она имеет решающее значение для аккреции твердой материи и формирования планетезималей внутри дисков.
Вода обычно состоит из одного атома кислорода и двух атомов водорода. Команда под руководством астронома Джона Дж. Тобина из Национальной радиоастрономической обсерватории изучала немного более тяжелую версию воды, в которой один из атомов водорода заменен дейтерием, тяжелым изотопом водорода.
Изотопы данного химического элемента подобны различным атомным видам, обладающим одинаковыми химическими свойствами. Разница заключается в том, что они имеют аномальное количество нейтронов в своем ядре по сравнению с исходным атомом. Эта характеристика делает физические свойства изотопа отличными от свойств исходного атома.
Поскольку простая вода (H₂O) и тяжелая вода (D₂O) образуются в разных условиях, их соотношение можно использовать для того, чтобы проследить, когда и где образовалась вода. Например, было показано, что в некоторых кометах Солнечной системы это соотношение аналогично земному, что позволяет предположить, что именно кометы обеспечили Землю водой.
Недостающее звено
Путешествие воды, сначала из облаков к молодым звездам, а затем от комет к планетам, наблюдалось и раньше, но до сих пор связь между молодыми звездами и кометами отсутствовала. "V883 Orionis - это недостающее звено", — говорит Тобин.
Происхождение воды, на самом деле, кроется во взрыве красных гигантов. В конце своей жизни они выбрасывают свои внешние слои, в которых появляются водород, гелий, кислород и другие элементы. Это дает начало первым молекулам воды, которые попадают в межзвездную среду и в пылевые облака, из которых рождаются звезды нового поколения, такие как Солнце.
Это подтверждает идею о том, что вода в планетарных системах образовалась миллиарды лет назад, до появления самого Солнца, в межзвездном пространстве. Следовательно, наша Солнечная система сформировалась в богатой водой среде.
Однако наблюдение за водой оказалось сложным. "Большая часть воды в планетообразующих дисках находится в замороженном состоянии, в виде льда, поэтому она обычно скрыта от нашего взгляда", — говорит соавтор исследования Марго Лемкер, аспирант Лейденской обсерватории в Нидерландах.
Обнаружение воды в V883 Orionis
Вода в газообразном состоянии (водяной пар) может быть обнаружена благодаря излучению, испускаемому молекулами при их вращении и колебаниях, но это сложнее, когда вода заморожена и движение молекул более ограничено. Газообразная вода находится к центру дисков, ближе к звезде, где она теплее. Однако эти внутренние области скрыты самим пылевым диском, а также слишком малы, чтобы их можно было увидеть с помощью наших телескопов.
К счастью, диск V883 Orionis необычайно горячий. Интенсивное излучение энергии от звезды нагревает диск "до температуры, при которой вода уже не в виде льда, а в виде газа, что позволяет нам ее обнаружить", — пояснил Тобин.
Благодаря чувствительности ALMA астрономы смогли обнаружить воду в диске V883 Orionis, определить ее состав и составить карту ее распределения. В результате наблюдений они обнаружили, что в этом диске содержится по меньшей мере в 1200 раз больше воды, чем во всех океанах Земли.
В будущем авторы надеются использовать строящийся телескоп ELT (Extremely Large Telescope) ESO с прибором нового поколения METIS. Он будет видеть в среднем инфракрасном диапазоне, поэтому сможет разрешить газовую фазу воды в таких дисках.
Это позволит найти различные связи, которые позволяют воде перемещаться от формирующихся облаков к звездным и планетарным системам. "Таким образом, мы получим гораздо более полное представление о льде и газе в планетообразующих дисках", — заключает Лемкер.