Wykryto parę wodną w strefie formowania się planet skalistych
Wszyscy doskonale wiemy, że woda jest niezbędna do życia, przynajmniej takiego, jakie znamy. Naukowcy od dekad głowią się, czy w podobny sposób jak na Ziemi mogła przyczynić się do powstania życia na innych planetach. Innym ważnym pytaniem jest, skąd wzięła się na naszej planecie.
Naukowcy zastanawiają się również, czy te same lub podobne procesy mogą występować na skalistych egzoplanetach krążących wokół odległych gwiazd. W poszukiwaniu skalistych planet pozasłonecznych pomaga Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST). To najważniejsze obecnie na świecie obserwatorium kosmiczne rozwiązuje zagadki Układu Słonecznego, spogląda w światy innych gwiazd, bada tajemnicze struktury i pochodzenie Wszechświata. Niedawno teleskop obserwował układ planetarny PDS 70 znajdujący się w odległości 370 lat świetlnych od Ziemi. Gwiazda macierzysta w tym układzie ma zarówno wewnętrzny, jak i zewnętrzny dysk gazu i pyłu. Oddzielone są od siebie luką o szerokości 8 miliardów kilometrów, wewnątrz której znajdują się dwie planety typu gazowych olbrzymów. Nowe pomiary wykonane przez JWST, a konkretnie instrument MIRI (Mid-Infrared Instrument) wykazały istnienie pary wodnej w wewnętrznym dysku systemu, w odległości mniejszej niż 160 milionów kilometrów od gwiazdy macierzystej, czyli w regionie, w którym mogą formować się skaliste, podobne do Ziemi planety (dla porównania Ziemia krąży w odległości 93 milionów kilometrów od Słońca). Naukowcy zakładają, że planety typu ziemskiego i subneptunowego powstają w wewnętrznych (mniej niż 10 jednostek astronomicznych) obszarach dysków protoplanetarnych. Jest to pierwsze wykrycie wody w podobnym do ziemskiego obszarze, o którym już wiadomo, że dysk zawiera dwie lub więcej protoplanet.
PDS 70 to gwiazda typu K, chłodniejsza od Słońca. Jej wiek szacuje się na 5,4 miliona lat, jest to więc stosunkowo stara gwiazda, jak na gwiazdy z dyskami planetotwórczymi, co sprawia, że wykrycie istnienia tam pary wodnej jest zaskakujące. Z czasem zawartość gazu i pyłu w dyskach planetotwórczych się zmniejsza. Promieniowanie i wiatry słoneczne pochodzące od gwiazdy centralnej wydmuchują taki materiał lub pył skupia się z czasem w większe obiekty, które ostatecznie tworzą planety. Ponieważ w poprzednich badaniach nie udało się wykryć wody w centralnych obszarach podobnie starzejących się dysków, astronomowie podejrzewali, że może ona nie przetrwać silnego promieniowania gwiazdy, prowadząc do powstania suchego środowiska formujących się planet skalistych.
Astronomowie nie wykryli jeszcze żadnych protoplanet w wewnętrznym dysku PDS 70. Dostrzegają jednak surowce do budowy skalistych światów w postaci krzemianów. Wykrycie pary wodnej sugeruje, że jeśli formują się tam planety skaliste, będą miały dostęp do wody od samego początku.
Odkrycie pary wodnej w układzie PDS 70 rodzi pytanie, skąd pochodzi woda. Zespół naukowców rozważył dwa różne scenariusze, aby wyjaśnić swoje odkrycie. Jedną z możliwości jest to, że cząsteczki wody tworzą się w miejscu, w którym je wykrywamy, podczas łączenia się atomów wodoru i tlenu. Druga możliwość jest taka, że pokryte lodem cząsteczki pyłu są transportowane z chłodnego dysku zewnętrznego do gorącego dysku wewnętrznego, gdzie lód wodny sublimuje i zamienia się w parę. Taki system transportu byłby zaskakujący, ponieważ pył musiałby pokonać dużą przestrzeń stworzoną przez dwie gigantyczne planety.
Inne pytanie, które postawiono po obserwacjach wykonanych przez JWST, brzmi, w jaki sposób woda mogłaby przetrwać tak blisko gwiazdy, skoro jej światło ultrafioletowe powinno rozbijać wszelkie cząsteczki wody. Najprawdopodobniej otaczający materiał, taki jak pył i inne cząsteczki wody, służy jako tarcza ochronna. W rezultacie woda wykryta w wewnętrznym dysku PDS 70 mogła przetrwać bombardowanie ultrafioletu.
Wkrótce naukowcy zmierzają użyć dwóch kolejnych instrumentów teleskopu – NIRCam (kamera bliskiej podczerwieni) i NIRSpec (spektrograf bliskiej podczerwieni) do zbadania systemu PDS 70 w celu uzyskania jeszcze lepszego wglądu w odległy świat tego układu.
Opracowano na podstawie:
Webb Detects Water Vapor in Rocky Planet-Forming Zone
Water in the terrestrial planet-forming zone of the PDS 70 disk
