Czy zamarznięta woda jest rozproszona w układach wokół innych gwiazd? Astronomowie od dawna spodziewali się, że tak jest, częściowo na podstawie wcześniejszych detekcji pary wodnej, oraz jej obecności w naszym Układzie Słonecznym.
Teraz pojawiły się ostateczne dowody: naukowcy potwierdzili obecność krystalicznego lodu wodnego w dysku pyłowych szczątków, który krąży wokół gwiazdy podobnej do Słońca odległej o 155 lat świetlnych, wykorzystując szczegółowe dane znane jako widma z Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba. (Termin lód wodny określa jego skład, ponieważ wiele innych zamrożonych cząsteczek jest również obserwowanych w kosmosie, takich jak lód dwutlenku węgla). W 2008 roku dane z wycofanego Kosmicznego Teleskopu Spitzera wskazywały na możliwość wystąpienia zamarzniętej wody w tym układzie.
Webb jednoznacznie wykrył nie tylko lód wodny, ale krystaliczny lód wodny, który występuje również w miejscach takich jak pierścienie Saturna i lodowe ciała w Pasie Kuipera naszego Układu Słonecznego – powiedział Chen Xie, główny autor nowego artykułu i asystent naukowy na Uniwersytecie Johnsa Hopkinsa w Baltimore w stanie Maryland.
Cała zamarznięta woda wykryta przez Webba jest połączona z drobnymi cząsteczkami pyłu w całym dysku – jak małe brudne śnieżki. Wyniki opublikowano 14 maja 2025 roku w czasopiśmie Nature.
Astronomowie czekali na te ostateczne dane od dziesięcioleci. Kiedy byłam studentką 25 lat temu, mój promotor powiedział mi, że w dyskach szczątków powinien znajdować się lód, ale przed Webbem nie mieliśmy wystarczająco czułych instrumentów, aby przeprowadzić takie obserwacje – powiedziała Christine Chen, współautorka i astronom w Space Telescope Science Institute w Baltimore. Najbardziej uderzające jest to, że dane te wyglądają podobnie do innych niedawnych obserwacji obiektów Pasa Kuipera w naszym Układzie Słonecznym.
Lód wodny jest istotnym składnikiem dysków wokół młodych gwiazd – ma duży wpływ na formowanie się planet olbrzymów, a także może być dostarczany przez małe ciała, takie jak komety i planetoidy, do w pełni uformowanych planet skalistych. Teraz, gdy naukowcy wykryli lód wodny za pomocą Webba, otworzyli drzwi dla wszystkich naukowców, aby zbadali, jak te procesy przebiegają w nowy sposób w wielu innych układach planetarnych.
Skały, pył i lód pędzące dookoła
Gwiazda, skatalogowana jako HD 181327, jest znacznie młodsza od naszego Słońca. Jej wiek szacuje się na 23 miliony lat, podczas gdy wiek naszego Słońca wynosi 4,6 miliarda lat. Gwiazda jest nieco masywniejsza od Słońca i gorętsza, co doprowadziło do powstania wokół niej nieco większego układu.
Obserwacje Webba potwierdzają istnienie znacznej luki między gwiazdą a jej dyskiem szczątków – szerokim obszarem wolnym od pyłu. Dalej na zewnątrz, jej dysk gruzu jest podobny do Pasa Kuipera naszego Układu Słonecznego, gdzie znajdują się planety karłowate, komety i inne kawałki lodu i skał (i czasem zderzają się ze sobą). Miliardy lat temu nasz Pas Kuipera był prawdopodobnie podobny do dysku szczątków tej gwiazdy.
HD 181327 jest bardzo aktywnym układem – powiedziała Chen. W jego dysku szczątków regularnie dochodzi do zderzeń. Kiedy te lodowe ciała zderzają się, uwalniają maleńkie cząsteczki pyłowego lodu wodnego, które mają idealne rozmiary do wykrycia przez Webba.
Zamarznięta woda – prawie wszędzie
Lód wodny nie jest równomiernie rozłożony w całym układzie. Większość znajduje się tam, gdzie jest najzimniej i najdalej od gwiazdy. Zewnętrzny obszar dysku szczątków składa się w ponad 20% z lodu wodnego – powiedział Xie.
Im bliżej naukowcy zaglądali, tym mniej lodu wodnego znajdowali. W kierunku środka dysku szczątków Webb wykrył około 8% lodu wodnego. W tym przypadku zamrożone cząsteczki wody są prawdopodobnie produkowane nieco szybciej niż są niszczone. W obszarze dysku szczątków najbliżej gwiazdy, Webb nie wykrył prawie żadnych. Prawdopodobnie światło UV gwiazdy odparowuje najbliższe drobiny lodu wodnego. Możliwe jest również, że skały znane jako planetozymale zamknęły zamrożoną wodę w swoich wnętrzach, czego Webb nie jest w stanie wykryć.
Ten zespół i wielu innych naukowców będzie nadal poszukiwać – i badać – lód wodny w dyskach szczątków i aktywnie formujących się układach planetarnych w całej naszej Galaktyce. Obecność lodu wodnego ułatwia formowanie się planet – powiedział Xie. Lodowa materia może być również ostatecznie „dostateczna” na planety ziemskie, które mogą formować się przez kilkaset milionów lat w układach takich jak ten.
Naukowcy obserwowali HD 181327 za pomocą spektrografu Webba NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph), który jest superczuły na bardzo słabe cząsteczki pyłu, które można wykryć tylko z kosmosu.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
NASA
