Кометы могут доставлять воду на планеты, окружающие молодые звезды

Фото из открытых источников

Кометы, вращающиеся вокруг молодой звезды, похожей на Солнце, могут пролить свет на то, как вода транспортируется во внутренние области развивающихся планетных систем. Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature Communications.

Вокруг молодой звезды, похожей на Солнце, расположенной примерно в 370 световых годах от нас, астрономы обнаружили признаки того, что выглядит как пролетающая мимо флотилия комет.

Эти кометы, возможно, делают именно то, что, по мнению ученых, когда-то делали кометы на ранней Земле: переносят воду из холодных внешних областей планетной системы в более теплые регионы, где могут формироваться каменистые планеты.

Эти выводы были получены исследователями из Лундского университета в Швеции, которые изучали систему PDS 70, планетную систему, возраст которой составляет чуть более пяти миллионов лет и которая вращается вокруг звезды, температура которой немного ниже, чем у нашего Солнца. 

В системе PDS 70 уже подтверждено наличие как минимум двух газовых гигантов. В 2023 году исследователи обнаружили водяной пар вблизи самой звезды — на расстоянии примерно 0,05 астрономических единиц от звезды — прямо на внутренней границе зоны, где в конечном итоге могут образоваться каменистые планеты. 

Это новое исследование предлагает возможное объяснение того, как вода вообще могла туда попасть.

Команда провела повторный анализ архивных наблюдений, собранных в 2018 году с помощью спектрографа HARPS в Чили. Они заметили нечто необычное: газообразный натрий, движущийся со скоростью несколько километров в секунду относительно звезды, появляющийся, а затем снова исчезающий в течение нескольких ночей. 

Такое мерцание — именно то, что астрономы ожидали бы увидеть, если бы кометы неоднократно пролетали перед звездой. В ходе 18 отдельных периодов наблюдений группа исследователей выявила более 40 различных компонентов абсорбционных линий. Скорость каждого из них менялась от ночи к ночи, а иногда даже в течение одной ночи, причем это происходило таким образом, который был невозможен при обычных круговых орбитах.

Когда комета приближается к своей звезде достаточно близко, тепло вызывает сублимацию льда на её поверхности, в результате чего твердый лед превращается непосредственно в газ, так и не переходя в жидкое состояние. 

Выделяющийся газ оставляет заметный след в свете звезды, и именно такой след обнаружили исследователи. На основе обнаруженного количества газа команда исследователей подсчитала, что каждое проходящее облако содержит от 130 миллионов до почти 4 миллиардов килограммов натрия. Это указывает на то, что родительские кометы имеют диаметр примерно от 300 метров до одного километра.

«Это первый случай, когда мы обнаружили свидетельства существования экзокомет, вращающихся вокруг относительно холодной звезды, очень похожей на наше Солнце», — сказала ведущий автор исследования Алин Новайс из Лундского университета. «Кроме того, эта система является самой молодой из всех, в которых предполагается наличие экзокометной активности».

Обнаружение комет было лишь частью головоломки. Исследователи также хотели понять, как эти объекты могут перемещаться в системе, поэтому они провели компьютерное моделирование, отслеживая тысячи тестовых частиц во внешнем диске системы. 

Результаты показывают, что объекты, находящиеся далеко в планетной системе, могут притягиваться внутрь газовыми гигантами системы. Затем эти ледяные объекты могут быть выброшены в сторону звезды. Результаты моделирования показали, что наибольшую роль в этом процессе играет внешняя из двух известных планет.

Оно способно рассеивать находящееся поблизости вещество внутрь в течение нескольких миллионов лет, иногда на сильно наклоненные орбиты, что может объяснить наблюдаемые транзиты.

Этот механизм предлагает правдоподобный путь для перемещения воды и других летучих соединений из ледяных окраин молодой планетной системы в более теплую внутреннюю область, где фактически формируются каменистые планеты.

«Наше исследование предполагает, что кометы могут быть ответственны за транспортировку воды во внутренние части планетной системы, где могут формироваться планеты, подобно тому, как это происходило в ранней Солнечной системе», — сказал Новайс.

Параллели с историей нашей собственной Солнечной системы не ускользнули от внимания исследовательской группы. Вопрос о том, откуда изначально взялась вода на Земле, остается нерешенным в планетологии, и в качестве основных кандидатов рассматриваются богатые водой астероиды и кометы.

«Это напоминает возможный процесс в ранней Солнечной системе, в ходе которого кометы могли способствовать доставке воды на молодую Землю», — сказала соавтор исследования Александра Стоквелл Мерфи из Лундского университета.

Особую ценность PDS 70 придаёт её возраст и тот факт, что это всего лишь вторая система после хорошо изученной Бета Пикторис, где одновременно сосуществуют подтверждённые планеты и кометная активность. 

Вместо того чтобы реконструировать процесс, происходивший миллиарды лет назад в нашей собственной Солнечной системе, исследователи теперь могут изучать нечто подобное в молодой планетной системе. PDS 70 предоставляет редкую возможность увидеть этот процесс в процессе активного формирования системы.

Команда еще не закончила наблюдение за этой системой. Последующие наблюдения, проведенные в начале 2026 года, уже показывают сохранение подобных переменных сигналов натрия, включая несколько линий со смещением в красную сторону, что еще больше подтверждает интерпретацию как кометы. 

Йенс Хоймакерс, исследователь в области астрономии из Лунда, указал на скорое значительное увеличение возможностей наблюдений, которое может еще больше уточнить картину.

«Когда в ближайшие годы начнет работу Сверхбольшой телескоп, который сейчас строится в Чили, мы сможем выяснить, есть ли в системе еще планеты, и таким образом получить еще более четкое представление о том, как транспортируются вода и другие строительные блоки планет», — сказал он.

На данный момент PDS 70 представляет собой редкую рабочую модель процесса, который, как давно подозревали астрономы, происходил в нашем собственном космическом пространстве.