За допомогою Великої міліметрової/субміліметрової антени Атакама (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, ALMA) астрономи виявили газоподібну воду в протопланетному диску навколо зорі V883 Оріона. Ця вода має хімічний маркер (signature), що вказує на присутність води спочатку в газових хмарах з яких виникають зорі, а далі й на планетах, що формуються біля них. Відкриття підтримує ідею, що вода на Землі навіть старша за Сонце.
«Тепер ми можемо простежити походження води в Сонячній системі до часу появи Сонця», — сказав Джон Дж. Тобін (John J. Tobin), астроном з Національної радіоастрономічної обсерваторії (National Radio Astronomy Observatory) США та головний автор дослідження, результати якого оприлюднив журнал Nature.
Це відкриття зроблено завдяки вивченню складу води в V883 Orionis, протопланетному диску приблизно за 1300 світлових років від Землі. Коли хмара газу та пилу руйнується, в її центрі утворюється зоря. Навколо неї з речовини хмари також виникає диск. Протягом кількох мільйонів років речовина в диску злипається, формуючи комети, астероїди та, зрештою, планети. Тобін і його група використовували ALMA, партнером якої є Європейська південна обсерваторія (European Southern Observatory, ESO), щоб виміряти хімічні сигнатури води та визначити її шлях від газопилової хмари до планет.
На цій схемі показано, як послідовно виникає планетна система (розпад газопилової хмари, формування зорі з протопланетним диском, з якого згодом утвориться планетна система). Авторські права на зображення: ESO/ L. Calçada (Л. Кальсада). Фото з сайту www.eso.org.
Звичайна вода — це один атом кисню і два атоми водню. Наукова група Тобіна досліджувала трохи важчий різновид води, де один із атомів водню замінений на дейтерій — важкий ізотоп водню. Оскільки проста і важка вода утворюються за різних умов, їх співвідношення можна застосувати для того, щоб відстежити, коли і де утворилася вода. Наприклад, було показано, що це співвідношення в деяких кометах Сонячної системи схоже на співвідношення у воді на Землі. Це свідчить про те, що комети могли доставляти воду на Землю.
Раніше спостерігали «подорож» води від хмар до молодих зір, а потім від комет до планет, але зв’язок в цьому питанні між молодими зорями та кометами не було виявлено. «V883 Orionis — це відсутня ланка в даному разі», — зазначив Тобін. «Склад води в диску дуже схожий на її склад в кометах Сонячної системи. Це підтвердження ідеї, що вода в планетних системах утворилася мільярди років тому, до Сонця, в міжзоряному просторі, і була успадкована як кометами, так і Землею у відносно незмінному вигляді».
Але спостерігати воду було складно. «Більшість води у протопланетних дисках замерзла і стала льодом, тому вона зазвичай прихована від нашого зору», — зауважив співавтор дослідження Марґот Лімкер (Margot Leemker), аспірант Лейденської обсерваторії в Нідерландах. Газоподібну воду можна виявити завдяки випромінюванню, яке утворюють молекули, коли вони обертаються та вібрують. Але це зробити складніше, коли вода замерзла і рух молекул обмежений. Газоподібну воду можна знайти в центрі дисків, ближче до зорі, де температура вища. Однак ці близькі ділянки приховує пил самого диска. І також вони занадто малі, щоб їх можна було розгледіти за допомогою нинішніх телескопів.
На щастя, нещодавнє дослідження показало, що диск V883 Orionis надзвичайно гарячий. Сплески випромінювання від зорі приводять до нагрівання диска. «До температури, при якій вода вже не у формі льоду, а газу, що дає нам змогу її виявити», — сказав Тобін.
Зображення диска навколо зорі V883 Оріона, отримані за допомогою ALMA. На них показано просторовий розподіл води (ліворуч, помаранчевий), пилу (посередині, зелений) і чадного газу (синій, праворуч). Оскільки вода замерзає при вищих температурах, ніж окис вуглецю, її можна виявити лише в газоподібному вигляді ближче до зорі. Очевидний на зображеннях проміжок між ділянками, де випромінює вода та чадний газ, насправді пов’язаний з яскравим випромінюванням пилу, яке послаблює випромінювання газу. Авторські права на зображення: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), J. Tobin (Дж. Тобін), B. Saxton (Б. Сакстон) з NRAO/AUI/NSF. Фото з сайту www.eso.org.
Група Тобіна спостерігала за допомогою ALMA, масиву радіотелескопів на півночі Чилі, газоподібну воду в V883 Orionis. Завдяки чутливості телескопа та здатності розрізняти дрібні деталі вони змогли як виявити воду, так і визначити її склад, а також скласти мапу її розподілу в диску. За результатами спостережень вони виявили, що цей диск містить щонайменше в 1200 разів більше води, ніж Світовий океан на Землі.
У подальшому науковці сподіваються використовувати майбутній Надзвичайно великий телескоп ESO та його інструмент першого покоління METIS. Цей інструмент, призначений для реєстрації випромінювання середнього інфрачервоного діапазону, зможе розрізняти газову фазу води в протопланетних дисках. Це дозволить краще прослідкувати шлях води від хмар, де формуються зорі, до планетних систем. «Це дасть нам набагато повніше уявлення про лід і газ у протопланетних дисках», — підсумував Лімкер.
За інф. з сайту www.eso.org підготував Іван Крячко
