Naukowcy odkryli parę wodną w dysku wokół młodej gwiazdy, dokładnie tam, gdzie mogą powstawać planety. Woda jest kluczowym składnikiem życia na Ziemi i uważa się również, że odgrywa znaczącą rolę w powstawaniu planet. Jednak do tej pory nie byliśmy w stanie odwzorować rozkładu wody w stabilnym, chłodnym dysku – typie dysku, który zapewnia najkorzystniejsze warunki do formowania się planet wokół gwiazd. Dokonanie nowych odkryć było możliwe dzięki teleskopowi Atacama Large Millimeter/submilimeter Array (ALMA), którego partnerem jest Europejskie Obserwatorium Południowe (ESO).
„Nigdy nie wyobrażałem sobie, że możemy uchwycić obraz oceanów pary wodnej w tym samym regionie, w którym prawdopodobnie powstaje planeta” – mówi Stefano Facchini, astronom z Uniwersytetu w Mediolanie we Włoszech, który kierował badaniem opublikowanym dzisiaj w Nature Astronomia. Obserwacje ujawniają co najmniej trzy razy więcej wody niż we wszystkich ziemskich oceanach w wewnętrznym dysku młodej gwiazdy podobnej do Słońca HL Tauri, położonej 450 lat świetlnych od Ziemi w gwiazdozbiorze Byka.
„To naprawdę niezwykłe, że możemy nie tylko wykryć, ale także przechwycić szczegółowe obrazy i przestrzennie rozdzielić parę wodną w odległości 450 lat świetlnych od nas” – dodaje współautor Leonardo Testi, astronom z Uniwersytetu w Bolonii we Włoszech. Obserwacje „rozdzielcze przestrzennie” za pomocą ALMA pozwalają astronomom określić rozmieszczenie wody w różnych obszarach dysku. „Udział w tak ważnym odkryciu kultowego dysku HL Tauri przekroczył moje oczekiwania po moim pierwszym doświadczeniu badawczym w astronomii” – dodaje Mathieu Vander Donckt z Uniwersytetu w Liege w Belgii, który był studentem studiów magisterskich, kiedy brał udział w badaniach.
W regionie, w którym istnieje znana szczelina w dysku HL Tauri, odkryto znaczną ilość wody. Szczeliny w kształcie pierścienia są wycinane w dyskach bogatych w gaz i pył, krążących wokół młodych ciał podobnych do planet, gromadzących materię i rosnących. „Nasze najnowsze zdjęcia ukazują znaczną ilość pary wodnej w różnych odległościach od gwiazdy, które obejmują szczelinę, w której obecnie może potencjalnie powstawać planeta” – mówi Facchini. Sugeruje to, że ta para wodna może wpływać na skład chemiczny planet powstających w tych regionach.
Obserwowanie wody za pomocą naziemnego teleskopu nie jest łatwym zadaniem, ponieważ para wodna występująca w dużych ilościach w ziemskiej atmosferze zakłóca sygnały astronomiczne. ALMA, obsługiwana przez ESO wraz z międzynarodowymi partnerami, to zestaw teleskopów znajdujących się na chilijskiej pustyni Atakama, na wysokości około 5000 metrów, zbudowanych w wysokim i suchym środowisku specjalnie w celu zminimalizowania tej degradacji, zapewniając wyjątkowe warunki obserwacji. „Jak dotąd ALMA jest jedynym obiektem zdolnym do przestrzennego rozdzielania wody w chłodnym dysku, w którym powstają planety” – mówi współautor Wouter Vlemmings, profesor na Politechnice Chalmers w Szwecji.*
„To naprawdę ekscytujące być bezpośrednio świadkiem na zdjęciu cząsteczek wody uwalnianych z cząsteczek lodowatego pyłu” – mówi Elizabeth Humphreys, astronom z ESO, która również brała udział w badaniach. Ziarna pyłu tworzące dysk są zaczątkami powstawania planet, zderzając się i zbijając w coraz większe ciała krążące wokół gwiazdy. Astronomowie uważają, że tam, gdzie jest wystarczająco zimno, aby woda zamarzła na cząsteczkach pyłu, elementy sklejają się ze sobą skuteczniej – jest to idealne miejsce do powstawania planet. „Nasze wyniki pokazują, jak obecność wody może wpływać na rozwój układu planetarnego, podobnie jak miało to miejsce około 4,5 miliarda lat temu w naszym Układzie Słonecznym” – dodaje Facchini.
Wraz z modernizacją ALMA i Ekstremalnie Wielkim Teleskopem (ELT) należącym do ESO, który zostanie uruchomiony w ciągu najbliższej dekady, powstawanie planet i rola, jaką odgrywa w nich woda, staną się wyraźniejsze niż kiedykolwiek. W szczególności METIS, urządzenie do obrazowania i spektrograf ELT średniej podczerwieni, zapewni astronomom niezrównany obraz wewnętrznych obszarów dysków planetotwórczych, w których powstają planety takie jak Ziemia.
Notatki
* W nowych obserwacjach wykorzystano odbiorniki pasma 5 i pasma 7 na ALMA. Pasma 5 i 7 powstały w Europie, odpowiednio w Chalmers/NOVA (Holenderska Szkoła Badań Astronomii) i IRAM (Institut de radioastronomie millimétrique), przy zaangażowaniu ESO. Pasmo 5 rozszerzyło ALMA o nowy zakres częstotliwości, specjalnie do wykrywania i obrazowania wody w lokalnym Wszechświecie. W tym badaniu zespół zaobserwował trzy linie widmowe wody w dwóch zakresach częstotliwości odbiornika, aby sporządzić mapę gazu o różnych temperaturach w dysku.