Ледяные экзокометы возле далёкой звезды помогают объяснить наличие воды на Земле

Фото из открытых источников

Наличие воды на поверхности Земли выделяет планету в отдельную, привилегированную категорию среди тел Солнечной системы. Нигде больше её не найти, и именно эта вода позволила жизни зародиться и процветать. С этим никто не спорит, но до сих пор остаётся предметом дискуссий источник этой воды.

Эта вода образовалась в результате выделения водорода из расплавленного тела Земли, когда она была молодой планетой? Или она была доставлена водными астероидами, ледяными планетезималами и кометами? Или же оба механизма сыграли свою роль?

Новое исследование, опубликованное в журнале Nature Communications, посвящено проблеме воды на Земле и рассматривает далёкую солнечную систему. Статья называется «Потенциальные сублимирующие экзокометы вокруг молодой звезды PDS 70», а ведущим автором является Алин Новайс из Лундского университета в Швеции.

PDS 70 — молодая звезда, расположенная примерно в 370 световых годах от нас. Это звезда типа Т-Таури, возраст которой составляет всего около 5,5 миллионов лет, а это значит, что она ещё не достигла главной последовательности. Она примечательна тем, что её две планеты, PDS 70b и PDS 70c, были непосредственно сфотографированы Очень большим телескопом Европейской южной обсерватории в 2018 и 2019 годах соответственно.

Наблюдения системы PDS 70 с помощью телескопа JWST выявили воду во внутреннем диске системы. «В самом центре внутреннего диска PDS 70 недавние инфракрасные наблюдения с использованием среднеинфракрасного прибора (MIRI) на борту космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST) показали спектроскопические эмиссионные признаки газового резервуара воды», — пишут авторы. Происхождение воды остается неясным, и в этой работе исследователи использовали архивные спектры HARPS (High Accuracy Radial velocity Planet Searcher) из PDS 70, чтобы попытаться пролить свет на источник воды.

«В этой статье мы сообщаем об обнаружении переменных линий поглощения нейтрального натрия в архивных спектрах PDS 70, полученных с помощью высокоточной системы поиска планет по радиальной скорости (HARPS)», — пишут исследователи. «Эти линии сильно и стохастически изменяются ежедневно по амплитуде, количеству и радиальной скорости».

Ключевой момент заключается в том, что линии поглощения не являются широко распространенными или однородными. Они покрывают лишь часть звездного диска, поэтому, по сути, они сгруппированы в один комок. Линии изменчивы, что указывает на то, что причиной их возникновения не является, например, стандартный, стабильный дисковый ветер.

«Наши измерения показывают, что этот газ, как правило, оптически непрозрачен и частично покрывает звездный диск, а это значит, что этот быстро движущийся газ часто пространственно ограничен», — пишут авторы.

Газ появляется и исчезает в течение нескольких ночей и движется быстрее, чем PDS 70. Это согласуется с предположением о прохождении кометы перед звездой и сублимации летучих веществ с её поверхности. Сублимирующий газ создаёт переменные спектральные линии. Поскольку газ появляется и исчезает в течение нескольких ночей и движется быстрее, чем PDS 70, исследователи склоняются к гипотезе об экзокомете.

«Мы рассматриваем несколько гипотез происхождения этих линий и приходим к выводу, что вероятным источником наблюдаемого натрия является сублимация планетезималов, проходящих перед звездой по сильно эллиптическим орбитам, что напоминает явление экзокомет, наблюдаемое в других внесолнечных системах», — объясняют исследователи.

«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. «Это первый случай, когда мы обнаружили свидетельства существования экзокомет, вращающихся вокруг относительно холодной звезды, подобной нашему Солнцу. Более того, эта система является самой молодой из всех, в которых предполагается наличие экзокометной активности».

В дополнение к гипотезе об экзокометах исследователи также смоделировали орбиты экзокомет в системе PDS 70. Они обнаружили, что газовые гиганты в этой системе могут возмущать далекие ледяные объекты Солнечной системы и направлять их к звезде. Это согласуется с тем, что могло происходить в нашей Солнечной системе.

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

Хотя исследователи поддерживают гипотезу об экзокомете, всё же возможно, что за изменяющиеся спектральные линии отвечает дисковый ветер. «Учитывая, что некоторые параметры модели (включая скорость аккреции звезды) значительно неопределенны, эта простая модель не позволяет нам окончательно исключить сценарий дискового ветра для наших переменных линий поглощения Na I», — пишут авторы. Однако, будучи молодой звездой типа Т-Таури, PDS 70 одновременно аккрецирует и теряет массу. Модель также основана на знании скорости потери массы звезды, и исследователи работают с приблизительной оценкой.

В целом, авторы утверждают, что линии натрия не подтверждают сценарий дискового ветра и что для лучшего понимания системы PDS 70 необходимы дополнительные наблюдения. «Для однозначного подтверждения активности экзокомет в PDS 70, мы считаем, необходимы дальнейшие наблюдения», — пишут авторы в заключении.

«Когда в ближайшие годы начнет работу Сверхбольшой телескоп, который в настоящее время 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 соавтор Йенс Хоймакерс, исследователь-астроном из Лундского университета.

Дискуссия о воде на Земле, а следовательно, и на любой экзопланете, сродни спору «природа против воспитания», который когда-то бушевал в дискуссиях о развитии человечества. Тот или иной подход сейчас считается малоактуальным; происходит ли то же самое в дискуссии о воде на Земле? Могла ли часть воды быть ниспослана свыше, а часть образоваться из расплавленной Земли? Эти две идеи, возможно, не противоречат друг другу, когда речь идет об источнике жизненно важной воды на нашей планете.

Вероятно, то же самое справедливо и для PDS 70, и подтверждение доставки воды экзокометами в этой системе стало бы важным открытием.