Среди пыли воды по меньшей мере в три раза больше, чем во всех океанах Земли вместе взятых. И она не распределена по всему диску; она сосредоточена во внутренней области диска.
Отсутствие воды означает отсутствие жизни, поэтому обнаружение такого количества воды в той части протопланетного диска, где формируются каменистые планеты, является интригующим открытием. И это не просто любой диск. Это холодный, стабильный диск, тип, наиболее вероятный для формирования планет.
Результаты представлены в новой статье, опубликованной в Nature Astronomy. Она называется “Разрешенные наблюдения воды ALMA во внутренних астрономических единицах диска HL Tau.” Ведущим автором является Стефано Факкини, астроном из Отделения физики Миланского университета, Милан, Италия.
“Я никогда не представлял, что мы сможем получить изображение океанов водяного пара в том же регионе, где, вероятно, формируется планета”, - сказал Факкини.
Звезда HL Tau (HL Tauri) - молодая звезда, удаленная от Нас примерно на 450 световых лет. Ему, вероятно, менее 100 000 лет, что делает его главной целью наблюдений в стремлении понять формирование планет. Когда дело доходит до того, чтобы заглянуть внутрь газа и пыли, окружающих молодые звезды, подобные этой, ALMA - наш лучший инструмент. Одно из первых изображений ALMA с высоким разрешением - HL Tau и ее диска. На изображении видны кольца в диске, которые указывают, где, вероятно, формируются молодые планеты.
HL Tau всегда интриговала ученых, и теперь, когда они обнаружили такое большое количество водяного пара в его планетообразующем диске, молодая звезда является еще более привлекательным объектом для наблюдений.
“Эти наблюдения прокладывают путь к определению содержания воды во внутренних областях протопланетных дисков”, - пишут исследователи в своей статье.
ALMA не только обнаружила воду, но и определила, где она находится в диске и сколько ее там. “Наш анализ предполагает строгий нижний предел в 3,7 земных океана водяного пара, доступного во внутренних 17 астрономических единицах системы”, - пишут исследователи в своей статье.
Когда планеты формируются в протопланетном диске, подобном тому, что находится вокруг HL Tauri, они оставляют полосы в пыли. Ничто другое, вероятно, не способно создать контрольные пробелы, которые сигнализируют о присутствии молодых, все еще формирующихся планет. Мы должны поблагодарить могущественную ALMA за это понимание.
“Поистине замечательно, что мы можем не только обнаруживать, но и делать подробные изображения и пространственно разрешать водяной пар на расстоянии 450 световых лет от нас”, - сказал соавтор исследования Леонардо Тести, астроном из Болонского университета, Италия. Пространственное разрешение, на которое ссылается Testi, получено благодаря ALMA. Радиоинтерферометр позволил астрономам увидеть, как водяной пар распределяется по диску. “Участие в таком важном открытии в культовом диске HL Tauri превзошло все мои ожидания от моего первого исследовательского опыта в области астрономии”, - добавил Матье Вандер Донкт из Университета Льеж, Бельгия, студент магистратуры, когда он участвовал в исследовании.
ALMA - это радиоинтерферометр, что означает, что он измеряет длины волн от 0,3 мм до 3,6 мм, что соответствует диапазону частот от 84 до 950 ГГц. В этом исследовании исследователи наблюдали разный “вкус" молекул воды при разных температурах. “Мы наблюдали HL Tau в двух разных диапазонах ALMA (диапазон 5, первоначально разработанный с целью изучения воды в локальной Вселенной, и диапазон 7), чтобы выявить три перехода воды”, - объясняют исследователи.
Наблюдения обнаружили воду не только во внутренней области, где формируются каменистые планеты. Вода была обнаружена в одном из промежутков, которые указывают на то, что планета поглощает материал диска и увеличивает его массу. “Наши недавние снимки показывают значительное количество водяного пара на различных расстояниях от звезды, включая промежуток, где в настоящее время потенциально может формироваться планета”, - сказал Факкини. Естественный вывод таков, что вода становится частью планеты.
Все эти результаты получены благодаря мощи ALMA. Это единственное имеющееся у нас оборудование, которое может обнаружить воду в подобном диске. “На сегодняшний день ALMA - единственное устройство, способное пространственно растворять воду в холодном планетообразующем диске”, - сказал соавтор исследования Ваутер Влеммингс, профессор Технологического университета Чалмерса в Швеции.
Различные частоты наблюдений ALMA фиксируют воду по мере ее перехода, и часть этого исследования рассматривает воду по мере ее освобождения от частиц пыли. Взаимосвязь между водой и пылью в планетообразующем диске важна. Там, где достаточно холодно, чтобы вода замерзала на частицах пыли, частицы легче слипаются, способствуя процессу формирования планет.
“Это действительно захватывающе - непосредственно наблюдать на снимке, как молекулы воды высвобождаются из частиц ледяной пыли”, - сказала Элизабет Хамфриз, астроном ESO, которая также участвовала в исследовании.
Кое-что из того, что астрономы видят в диске вокруг HL Tauri, похоже на окно в прошлое. Наша планета сформировалась аналогичным образом, и одни и те же процессы и механизмы должны быть одинаковыми от диска к диску.
“Наши результаты показывают, как присутствие воды может влиять на развитие планетной системы, точно так же, как это было около 4,5 миллиардов лет назад в нашей собственной Солнечной системе”, - сказал Факкини.
ALMA действительно напрягла свои мускулы в этой работе, и установка сыграла первостепенную роль в нашем исследовании протопланетных дисков вокруг молодых звезд. Но предстоящие телескопы превзойдут ALMA и позволят нам еще глубже и детальнее заглянуть внутрь пыльных, затемненных дисков. Чрезвычайно большой телескоп должен увидеть первый свет в 2028 году. Его мощный METIS (ELT-тепловизор и спектрограф в среднем инфракрасном диапазоне) даст нам беспрецедентное представление о процессе формирования планет.
Источник: Nature Astronomy, “Разрешенные наблюдения воды ALMA во внутренних астрономических единицах диска HL Tau.”
На изображении:
Это самое четкое изображение, когда-либо полученное ALMA, — более четкое, чем обычно достигается в видимом свете космическим телескопом НАСА / ЕКА "Хаббл". На снимке показан протопланетный диск, окружающий молодую звезду HL Tauri. Эти новые наблюдения ALMA выявляют субструктуры внутри диска, которые никогда не были замечены ранее, и даже показывают возможные положения планет, формирующихся в темных пятнах внутри системы.
Фото предоставлено ALMA
Дополнительные материалы
