Исследование под руководством Дженни Фредиани из Стокгольмского университета выявило диск, формирующий планеты, с поразительно необычным химическим составом: неожиданно высокое содержание углекислого газа (CO₂) в областях, где когда-нибудь могут сформироваться планеты, похожие на Землю.
Открытие сделано с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST) и ставит под сомнение устоявшиеся представления о химии мест рождения планет. Исследование [опубликовано](https://www.aanda.org/10.1051/0004-6361/202555718) в журнале Astronomy & Astrophysics.
«В отличие от большинства близлежащих дисков, где во внутренних областях преобладает водяной пар, этот диск удивительно богат углекислым газом», — говорит Дженни Фредиани, доктор философии, студентка кафедры астрономии Стокгольмского университета.
«На самом деле воды в этой системе так мало, что её едва можно обнаружить — это разительный контраст с тем, что мы обычно наблюдаем», — добавляет она.
Новые данные о формировании планет
Новообразованная звезда изначально глубоко погружена в газовое облако, из которого она сформировалась, и создаёт вокруг себя диск, где впоследствии могут образоваться планеты. В традиционных моделях формирования планет камешки, богатые водяным льдом, дрейфуют из холодных внешних областей диска к более тёплым внутренним областям, где повышение температуры приводит к сублимации льда.
Обычно этот процесс приводит к сильному присутствию водяного пара во внутренних зонах диска. Однако в данном случае спектр JWST/MIRI показывает неожиданно сильное присутствие углекислого газа.
«Это бросает вызов текущим моделям химии и эволюции дисков, поскольку высокий уровень углекислого газа по отношению к воде нелегко объяснить стандартными процессами эволюции дисков», — объясняет Фредиани.
Арьян Бик, исследователь из кафедры астрономии Стокгольмского университета, добавляет: «Такое высокое содержание углекислого газа в зоне формирования планет неожиданно. Это указывает на возможность того, что интенсивное ультрафиолетовое излучение — либо от звезды-хозяина, либо от соседних массивных звёзд — изменяет химию диска».
Редкие изотопные варианты углекислого газа
Исследователи также обнаружили редкие изотопные варианты углекислого газа, обогащённые углеродом-13 или изотопами кислорода ¹⁷O и ¹⁸O, которые чётко видны в данных JWST. Эти изотопологи могут дать важные подсказки к давним вопросам об необычных изотопных отпечатках, обнаруженных в метеоритах и кометах — реликвиях формирования нашей Солнечной системы.
Диск, богатый CO₂, был обнаружен в массивной области звездообразования NGC 6357, расположенной примерно в 1,7 килопарсеках (около 53 триллионов километров) от нас. Открытие было сделано коллаборацией eXtreme Ultraviolet Environments (XUE), которая занимается изучением того, как интенсивные радиационные поля влияют на химию дисков.
Мария-Клаудия Рамирес-Таннус из Института астрономии Макса Планка в Гейдельберге и руководитель коллаборации XUE говорит, что это захватывающее открытие. «Оно показывает, как экстремальные радиационные среды — обычные в массивных областях звездообразования — могут изменять строительные блоки планет. Поскольку большинство звёзд и, вероятно, большинство планет формируются в таких областях, понимание этих эффектов имеет важное значение для понимания разнообразия планетарных атмосфер и их потенциала для обитания».
Благодаря инструменту MIRI космического телескопа Джеймса Уэбба астрономы теперь могут наблюдать далёкие, окутанные пылью диски с беспрецедентной детализацией в инфракрасном диапазоне, что позволяет получить важную информацию о физических и химических условиях, управляющих формированием планет.
Сравнивая эти интенсивные среды с более спокойными, изолированными регионами, исследователи обнаруживают разнообразие условий, формирующих зарождающиеся планетные системы.
Астрономы из Стокгольмского университета и Чалмерса помогли разработать инструмент MIRI, который представляет собой камеру и спектрограф, наблюдающие средне- и длинноволновое инфракрасное излучение в диапазоне от 5 микрон до 28 микрон. Он также оснащён коронаграфами, специально предназначенными для наблюдения экзопланет.
Предоставлено Стокгольмским университетом.