Po raz pierwszy w młodym układzie gwiezdnym odkryto zamarzniętą wodę

Ziemia zawdzięcza swoją wodę jednemu z najgorszych znanych kataklizmów. Około 4 miliardów lat temu Jowisz, Saturn, Uran i Neptun zmieniły orbity i wrzuciły do ​​wnętrza Układu Słonecznego ogromną ilość asteroid, komet i innych ciał niebieskich, które zderzyły się z Księżycem , Ziemią i pozostałymi planetami skalistymi. Te astronomiczne bomby, których ślady można do dziś zobaczyć na naszym satelicie, były wypełnione lodem. Wielu astronomów uważa, że ​​spora część wody na naszej planecie ma pozaziemskie pochodzenie i że przybyła ona w kluczowym momencie, w którym po raz pierwszy mogło powstać życie.

Teraz zespół astronomów po raz pierwszy odkrył krystaliczny lód wodny w młodym układzie gwiezdnym poza naszym słońcem. Lód wodny znajduje się w tzw. dysku szczątków – ogromnym pierścieniu pyłu i skał – krążącym wokół HD 181327, gwiazdy podobnej do naszego Słońca, oddalonej od nas o 155 lat świetlnych. Odkrycie to stanowi ważny dowód na to, że to, co wydarzyło się w naszym Układzie Słonecznym, może zdarzyć się w każdym innym miejscu wszechświata.

„W tej gwieździe widzimy naszą własną przeszłość” – podsumowuje asturyjska astronom Noemí Pinilla-Alonso , współautorka badania. Prace te były możliwe dzięki Kosmicznemu Teleskopowi Jamesa Webba . NASA, co pozwoliło na uchwycenie światła emitowanego przez dysk szczątków i zidentyfikowanie obecnych w nim cząsteczek. Praca ta zostanie opublikowana w najbliższą środę w czasopiśmie Nature , które jest źródłem najlepszych informacji naukowych na świecie.

Dotychczas obecność lodu wodnego potwierdzono jedynie na niektórych księżycach planet olbrzymów, a także na planetach karłowatych i innych ciałach niebieskich tworzących Pas Kuipera , znajdujący się poza orbitą Neptuna. Już w 2012 roku Kosmiczny Teleskop Hubble'a podejrzewał obecność lodu w galaktyce HD 181327, lecz nie udało się tego potwierdzić. Nadzwyczajne możliwości instrumentów podczerwieni zainstalowanych na statku kosmicznym James Webb , wystrzelonym w 2021 r., potwierdziły ponad wszelką wątpliwość obecność niezbędnego związku.

Astronomowie sądzą, że pierścień szczątków, który obserwują wokół tej gwiazdy, może być bardzo podobny do tego, który istniał wokół Słońca, zanim olbrzymie planety wkroczyły na jego orbitę. Gwiazda ma zaledwie 23 miliony lat – to niewiele w porównaniu z wiekiem naszego Słońca, który liczy 4,6 miliarda lat – a jej dysk jest około trzy razy większy od Pasa Kuipera i rozciąga się na około 18 miliardów kilometrów.

„Lód na Ziemi jest krystaliczny; w odpowiednich warunkach przybiera kształt sześciokąta” – wyjaśnia Pinilla-Alonso. „Z drugiej strony, lód amorficzny tworzy się szybko i dlatego nie ma czasu, aby się zorganizować. To najpowszechniejszy rodzaj lodu we wszechświecie. Co ciekawe, w Pasie Kuipera astronom Webba pokazał nam, że wszystkie obiekty z wodą zawierają krystaliczną wodę, ten sam typ, który obecnie wykryto w HD 181327, czego wcześniej nie wiedzieliśmy i próbujemy wyjaśnić” – wyjaśnia.

Webb umożliwił obserwację tzw. linii śniegu: granicy, poza którą wszystkie pierwiastki mają postać lodu. W częściach położonych najbliżej gwiazdy obecność lodu wodnego jest niemal nieobecna ze względu na panujące tam ciepło, natomiast w częściach najbardziej oddalonych stanowi on aż 20% całkowitego składu.

Astronomowie uważają, że ciała niebieskie krążące wewnątrz pierścienia zderzają się ze sobą, co powoduje powstawanie większych ciał, które pewnego dnia mogą stać się planetami. W wyniku tych uderzeń po całym układzie rozrzucane są cząsteczki lodu wielkości milimetrów. Jak wyjaśnia Pinilla-Alonso, w tej gwieździe potwierdzono także obecność tlenku węgla, a być może także dwutlenku węgla, a także niezbędnych minerałów; co sprawia, że ​​ten system jest jeszcze bardziej podobny do naszego.

„Prawdopodobnie jesteśmy świadkami wydarzeń bardzo podobnych do tych, które miały miejsce na początku istnienia naszego Układu Słonecznego” – wyjaśnia Pinilla-Alonso. „Układy słoneczne zaczynają się od dysku protoplanetarnego pyłu i gazu, następnie dysków szczątków, takich jak ten, i na końcu formowania się planet. Webb wykrył obecność lodu na wszystkich tych etapach. Obserwacja tego dysku, a prawdopodobnie także innych, które nadejdą, pozwala nam po raz pierwszy zrozumieć powiązania między tymi różnymi fazami” — dodaje astronom, który niedawno dołączył do University of Oviedo w ramach programu Atrae i który był współautorem badania z kolegami z University of Florida i University of Arizona oraz Space Telescope Institute, centrum misji Jamesa Webba .

Guillem Anglada , badacz z Instytutu Astrofizyki Andaluzji (IAA-CSIC), który nie brał udziału w badaniu, podkreśla jego wartość. „To bardzo ważne odkrycie, choć nie do końca nieoczekiwane” – twierdzi. Astronom skupia się na badaniu dysków protoplanetarnych, a jego zespół potwierdził obecność lodu w tych pierścieniach za pomocą teleskopów kosmicznych i naziemnych. Gdy gwiazda osiągnie swój pierwszy milion lat, jej promieniowanie wyparowuje niemal cały gaz, pozostawiając jedynie pył, z którego tworzy się dysk pyłu. „Praca ta pokazuje całkiem wyraźnie, że w najbardziej zewnętrznych warstwach znajduje się zbiornik lodu, który rozprzestrzenia się później na skutek zderzeń” brył pyłu i skał, które „nieustannie” na siebie uderzają” – argumentuje Anglada.

Linia śniegu wyznacza tutaj istotną granicę. Pokryte lodem ciała niebieskie, pchane przez olbrzymie planety, mogą przekroczyć granicę i ostatecznie zderzyć się ze skalistymi planetami, tworząc oceany ciekłej wody. „To właśnie wydarzyło się w naszym układzie słonecznym, ale to tylko teoria. Nadal jesteśmy daleko od poznania, jak to się dzieje, a każdy przypadek może być inny” – ostrzega Anglada.

Katastrofalne zdarzenie podobne do tego wywołanego przez gazowe olbrzymy jeszcze nie miało miejsca w przypadku obserwowanej gwiazdy, istnieje jednak prawdopodobieństwo, że mogłoby do niego dojść. Istnieją wstępne badania sugerujące obecność planet w tym pasie. A gdyby ich nie było, autorzy nowego badania szacują, że mogłyby powstać w ciągu kolejnych 100 milionów lat. Tymczasem bliżej nas wciąż gromadzone są dane wskazujące na możliwość istnienia dziewiątej planety w Układzie Słonecznym, która mogłaby zakłócać ruch ciał lodowych w najbardziej odległych rejonach Pasa Kuipera.