Группа астрономов под руководством учёных из Лейденского университета в Нидерландах и Национальной радиоастрономической обсерватории в Вирджинии (США) впервые достоверно обнаружила лёд из полутяжёлой воды вокруг молодой звезды, похожей на Солнце. Результаты подтверждают, что часть воды в нашей Солнечной системе сформировалась до появления нашего Солнца и планет.
Их выводы опубликованы в журнале The Astrophysical Journal Letters.
Один из способов, с помощью которого астрономы отслеживают происхождение воды, — это измерение соотношения её дейтерирования. То есть доли воды, которая содержит один атом дейтерия вместо одного из атомов водорода. Вместо H₂O получается HDO, также известная как полутяжёлая вода. Высокая доля полутяжёлой воды — признак того, что вода образовалась в очень холодном месте, например, в примитивных тёмных облаках пыли, льда и газа, из которых рождаются звёзды.
В наших океанах, в кометах и на ледяных спутниках одна из нескольких тысяч молекул воды состоит из полутяжёлой воды. Это примерно в 10 раз выше, чем ожидалось, исходя из состава нашего Солнца. Поэтому астрономы предполагают, что часть воды в нашей Солнечной системе образовалась как лёд в тёмных облаках за сотни тысяч лет до рождения нашего Солнца. Чтобы подтвердить эту гипотезу, они должны измерить соотношение дейтерирования водяного льда в таких областях звездообразования.
Международная команда астрономов обнаружила такое высокое соотношение льда из полутяжёлой воды в протозвёздной оболочке — облаке материала, которое окружает звезду на эмбриональной стадии.
Астрономы использовали космический телескоп Джеймса Уэбба для своего исследования. До его запуска соотношение дейтерирования воды в областях звездообразования можно было надёжно измерить только в газовой фазе, где оно может химически изменяться. «Теперь, благодаря беспрецедентной чувствительности Уэбба, мы наблюдаем прекрасно чёткий сигнал льда из полутяжёлой воды в направлении протозвезды», — говорит Кэти Славицинская, аспирантка из Лейденского университета (Нидерланды), которая возглавляла исследование.
Протозвезда, о которой идёт речь, — L1527 IRS, расположенная в созвездии Тельца, примерно в 460 световых годах от Земли. «Во многих отношениях она похожа на то, каким, по нашему мнению, было наше Солнце, когда оно начало формироваться», — говорит Джон Тобин из Национальной радиоастрономической обсерватории в Вирджинии (США), который руководит одной из программ Уэбба, отвечающей за наблюдения.
Соотношение дейтерирования воды в L1527 очень похоже на соотношение некоторых комет, а также протопланетного диска более развитой молодой звезды, что указывает на сходное холодное и древнее химическое происхождение воды, обнаруженной во всех этих объектах.
«Это открытие добавляет к растущему числу доказательств того, что основная масса водяного льда проходит свой путь в основном без изменений от самых ранних до самых поздних стадий звездообразования», — говорит соавтор Эвин ван Дисхоек, профессор астрономии в Лейденском университете, которая посвятила большую часть своей карьеры отслеживанию пути воды в космосе.
Тем не менее измеренное соотношение дейтерирования водяного льда в L1527 IRS немного выше, чем соотношения, измеренные в некоторых кометах нашей Солнечной системы, и водное соотношение на Земле. Различные факторы могут быть причиной такой разницы. Например, часть воды в этих кометах и на Земле могла быть химически изменена в диске. Или тёмное облако, из которого образовалось наше Солнце, могло отличаться от тёмного облака, где образовалась L1527 IRS.
Планируется провести дополнительные наблюдения за льдом из полутяжёлой воды, чтобы изучить возможные причины этих различий. Славицинская и соавтор Том Мидит, профессор астрономии в Университете Толедо (США), возглавляют несколько программ Уэбба, которые расширят поиск льда HDO до 30 новых протозвёзд и примитивных тёмных облаков. Тем временем Тобин руководит дополнительными наблюдениями с помощью Атакамской большой миллиметровой/субмиллиметровой решётки, которые будут искать газ HDO в нескольких из тех же целей.
Предоставлено Нидерландской исследовательской школой астрономии.