Оправа для новой звезды - диск из пыли, газа и льда

Как на Земле появился океан и зародилась жизнь? Исследователи полагают, что Земля сформировалась путем скопления огромного количества частиц пыли в околозвездном диске вокруг Солнца в момент его рождения. Есть гипотеза, что источником появления моря на Земле стал водяной лед в пыли. Наблюдения, произведенные при помощи японского оптического телескопа Subaru, определили наличие водяного льда в газе и пыли вокруг диска новой звезды HD142527 в созвездии Волка, который в будущем может стать морем на планете, вращающейся вокруг HD142527.

Как все начиналось.

Около 4 миллиардов лет назад в океане, покрывавшем поверхность Земли, зародилась жизнь. С тех пор, вода стала неотъемлемой частью всего живого на Земле. К примеру, она является основной составляющей человеческого организма. Землю называют водной планетой, но откуда же берется такое огромное количество воды?

Формирование планет в солнечной системе, включая появление Земли, описывается учеными следующим образом: около 4,6 миллиардов лет назад сформировавшееся Солнце окружал диск из газа и пыли. В диске частицы пыли сталкивались и прилипали друг к другу и, таким образом, образовывались новые планеты. Земля возникла из частиц пыли, содержавших в себе лед. К тому же молодую Землю обстреливало множество комет (космических тел из пыли и льда).

Гипотеза о создании моря на Земле выглядит так: лед из частиц пыли и комет нагревался и испарялся из-за жара от их столкновений. Некоторая часть водных испарений задерживалась в атмосфере вокруг молодой Земли. Охлаждаясь, испарения превращались в дождь, и, падая на Землю, создавали море. Таким образом, водяной лед в частицах пыли первичной солнечной системы мог быть источником моря на Земле.¹

Проверка гипотезы.

Ультрасовременные телескопы мира, такие, как Hubble Space и Subaru, обнаружили первичные диски вокруг новых звезд. Эти диски из газа и пыли считаются «строительной площадкой» для планет. С 1995 года было обнаружено более чем 300 планет вне солнечной системы. Однако, не было найдено ни одной планеты с океаном.

Первичные околозвездные диски, где сейчас формируются планеты, должны содержать невероятное количество пыли со льдом. Предыдущие наблюдения действительно обнаружили некоторые признаки льда внутри и вокруг таких дисков. Однако, больших скоплений льда обнаружить так и не удалось.²

Целью данного исследования стало изучение света центральной звезды, рассеянного по поверхности диска. Какой след оставляет лед на свету? Молекулы водяного льда абсорбируют свет при длине волны в 3,1 микрометра. В инфракрасном свете можно увидеть больше, чем в обычном. Если свет рассеивается по поверхности диска, благодаря содержанию в нем льда, то поглощенный рассеянный свет при длине волны в 3,1 микрометр становится более тусклым. С другой стороны, безо льда не будет такого поглощения света, рассеянного пылью. Данный метод позволяет проверить, существует ли лед на поверхности диска или нет.³

Наблюдения исследовательской команды были обнародованы 30 июня 2005 года и 26 июля 2007 года с помощью коронографа с самонастраивающимся оптическим прибором (CIAO) на телескопе Subaru. Целью наблюдения стала новая звезда HD142527 на расстоянии 650 световых лет от Земли, в созвездии Волка. Масса звезды примерно в два раза больше, чем масса Солнца, а ее возраст около двух миллионов лет. Предыдущие наблюдения с телескопа Subaru показали, что эта звезда имеет первичный околозвездный диск, в котором могут формироваться планеты. Астрономы обнаружили формы колец, спиралей, а теперь еще и "банановых сплитов"».

Исследователи сфотографировали диск вокруг звезды при длине волны в 3,1 микрон и 3,8 микрон. Эти изображения демонстрируют распределение света от центральной звезды, рассеянное по поверхности диска. Когда наблюдаемую интенсивность рассеянного света в 3,1 микрометра и 3,8 микрометра, сравнили с предыдущими измерениями в 2 микрометра, исследователи обнаружили, что рассеянный свет в 3,1 микрометра действительно был более тусклым. Это значит, что лед и в самом деле существует на поверхности диска!

Жизнь зародится?

Водяной лед был обнаружен на поверхности диска на расстоянии более чем 100 AU (1 AU- 1 астрономическая единица - это расстояние между Солнцем и Землей) ⁴ от центральной звезды. «Строительная площадка» для формирования планет, по-видимому, располагается ближе к центральной звезде. Водяной лед, как сообщалось в статье, может в будущем присоединиться скорее к кометам, чем к планетам. Однако, лед может поставлять воду и на планеты. Наличие же океана многократно повышает вероятность зарождения жизни.

Снежная линия.

Наблюдения с телескопа Subaru показали, что водяной лед существует на поверхности диска относительно далеко от центральной звезды. Как насчет более близких областей? К сожалению, внутренняя часть диска практически не изучена, поскольку свет от центральной звезды слишком ярок для того, чтобы можно было увидеть что-то маленькое и тусклое, а лед около центральной звезды испаряется из-за ее жара. Таким образом, на определенном расстоянии от центральной звезды вода остается в твердом состоянии. Граница между твердым состоянием воды и ее испарением называется «снежная линия». Из-за важной роли, которую играет снежная линия в процессе формирования планет, целью будущих наблюдений будет определение местоположения именно снежной линии.

Исследование было проведено командой исследователей из Университета Канагава (Kanagawa University), Университета Осаки (Osaka University), Токийского технологического института (Tokyo Institute of Technology), Национальной астрономической обсерватории Японии (National Astronomical Observatory of Japan), Университета Киото (Kyoto Sangyo University), Университета Ибараки (Ibaraki University), и Университета Коби (Kobe University).

¹ Есть три гипотезы появления воды на Земле:

1.      лед (твердая вода) в пыли, из которой сформировалась молодая Земля,

2.      лед в кометах, которые падали на только что сформированную Землю

3.      химические реакции между водородом из газа первичного околозвездного диска и кислородом в океане магмы на молодой Земле.

² Профессор Малфет (Malfait) сообщил об обнаружении линий излучения льда на длине волны в 44 микрометра и 62 микрометра с звезды HD142527 с помощью Инфракрасной космической обсерватории (ISO). Однако, поскольку пространственное разрешение ISO было не достаточным, осталось невыясненным, существует ли лед на первичном околозвездном диске вокруг HD142527 или же в облаке газа, окружающем звезду. Профессор Терада (Terada) обнаружил поглощение льда на длине волны в 3,1 микрометр с помощью спектроскопических наблюдений (то есть наблюдений для измерения интенсивности на каждой длине волны) двух первичных дисков телескопа Subaru. Однако, уверенности относительно мест расположения льда в диске по-прежнему не было. С помощью очень большого интерференционного телескопа (VLT) ближней части инфракрасного диапазона Ейснер (Eisner) обнаружил испарения воды в другом газообразном диске в пределах 1 AU от центральной звезды. Эти водные испарения были растолкованы, как результат испарения льда в диске, нагретом центральной звездой.

³ Теоретическое прогнозирование исследовательской командой.

⁴ Давайте сравним шкалу с солнечной системой. Расстояние от Солнца до Земли в 1 AU, Юпитер на расстоянии в 5 AU, Сатурн - 10 AU, а Нептун - 30 AU. За Нептуном расположены карликовые планеты, такие, как Плутон и множество маленьких ледяных небесных тел (именуемых межнептунные объекты). Некоторые из них, вероятно, передвигаются ближе к Солнцу и представляют собой кометы. Недавние наблюдения показали, что планеты могут формироваться на расстоянии 100 AU. Так что возможно, что лед, обнаруженный вокруг HD142527, может стать компонентом планет.

• 

  Рождение планеты

• 

  Рассеивание света ледяной пылью

• 

  Рассеянный свет с вкраплениями льда