Ledové exokomety kolem vzdálené hvězdy pomáhají vysvětlit vodu na Zemi

Ilustrace v úvodu článku ukazuje systém kolem hvězdy PDS 70, včetně jeho dvou exoplanet. Komety se přibližují ke hvězdě a uvolňují těkavé látky, které sublimují, když se komety zahřívají. Voda na povrchu Země řadí planetu do vlastní, privilegované kategorie mezi tělesy Sluneční soustavy. Tato voda umožnila vznik a rozkvět života. Stále se diskutuje o zdroji této pozemské vody.

Vznikla tato voda uvolňováním vodíku z roztaveného tělesa Země, když byla mladou planetou? Nebo byla dodána asteroidy s obsahem vody, ledovými planetesimály a kometami? Nebo k tomu přispěly oba mechanismy?

Nový výzkum publikovaný v Nature Communications se zabývá problémem vody na Zemi pohledem na vzdálenou planetární soustavu. Jeho název je „Potenciální sublimující exokomety kolem mladé hvězdy PDS 70“ a hlavní autorkou je Aline Novaisová, která je postdoktorandskou výzkumnicí na katedře fyziky na Lund University ve Švédsku.

PDS 70 je mladá hvězda vzdálená asi 370 světelných let. Je to hvězda typu T-Tauri, která je stará pouze asi 5,5 milionu let, což znamená, že stále nedosáhla hlavní posloupnosti. Je pozoruhodná, protože její dvě planety, PDS 70 b a PDS 70 c, byly přímo zobrazeny dalekohledem Very Large Telescope (VLT) Evropské jižní observatoře ESO v letech 2018 a 2019.

Pozorování systému PDS 70 pomocí JWST odhalila vodu ve vnitřním disku soustavy. „V samém středu vnitřního disku PDS 70 odhalila nedávná infračervená pozorování pomocí přístroje Mid-InfraRed (MIRI) na palubě vesmírného dalekohledu Jamese Webba (JWST) spektroskopické emisní podpisy plynného zásobníku vody,“ píší autoři. Původ vody není jasný a v této práci vědci pracovali s archivními spektry z přístroje HARPS (High Accuracy Radial velocity Planet Searcher), aby se pokusili osvětlit zdroj vody.

„Zde uvádíme objev proměnných absorpčních čar neutrálního sodíku v archivních spektrech PDS 70 pořízených pomocí přístroje High Accuracy Radial velocity Planet Searcher (HARPS),“ píší vědci. „Tyto čáry se denně silně a stochasticky mění, co se týče amplitudy, počtu a radiální rychlosti.“

Klíčem je, že absorpční čáry nejsou rozšířené ani jednotné. Pokrývají pouze část okolního disku, takže ve skutečnosti jsou shluklé. Čáry jsou proměnlivé, což ukazuje, že za to není zodpovědný standardní, stabilní diskový vítr.

„Naše měření naznačují, že tento plyn má tendenci být opticky hustý a částečně pokrývá hvězdný disk, což znamená, že tento rychle se pohybující plyn je často prostorově omezen,“ píší autoři.

Plyn se objevuje a mizí během několika nocí a pohybuje se rychleji než PDS 70. To je v souladu s kometou procházející před hvězdou a těkavými látkami, které z ní sublimují. Sublimující plyn vytváří proměnné spektrální čáry. Vzhledem k tomu, že se plyn objevuje a mizí během několika nocí a pohybuje se rychleji než PDS 70, vědci upřednostňují hypotézu přítomných exokomet.

„Zkoumáme několik hypotéz o původu těchto čar a docházíme k závěru, že pravděpodobným zdrojem pozorovaného sodíku je sublimace planetesimál, které procházejí před hvězdou po vysoce eliptických drahách, což připomíná fenomén exokomet pozorovaný v jiných extrasolárních soustavách,“ vysvětlují vědci.

„Naše studie naznačuje, že komety mohou být zodpovědné za transport vody do vnitřních částí planetární soustavy, kde se mohou planety formovat, stejným způsobem jako v rané Sluneční soustavě,“ uvedla v tiskové zprávě hlavní autorka Novaisová.

„Toto je poprvé, co jsme viděli důkazy o exokometách obíhajících kolem hvězdy, která je relativně chladná, podobně jako naše Slunce. Navíc je tato soustava nejmladší, ve které byla aktivita exokomet navržena,“ řekla Novaisová.

Aby hypotézu o exokometách doplnili, vědci také modelovali oběžné dráhy exokomet v systému PDS 70. Zjistili, že plynní obři v systému by mohli narušovat vzdálené ledové objekty planetární soustavy a přimět je, aby se řítily směrem ke hvězdě. To je v souladu s tím, co se mohlo odehrávat v naší Sluneční soustavě.

„Připomíná to možný proces v rané Sluneční soustavě, kdy komety mohly pomáhat dodávat vodu na mladou Zemi,“ uvedla spoluautorka Alexandra Stockwell Murphyová, rovněž z Lund University.

Ačkoliv vědci podporují hypotézu exokomet, je stále možné, že za proměnlivé spektrální čáry je zodpovědný diskový vítr. „Vzhledem k tomu, že některé parametry modelu (včetně rychlosti hvězdné akrece) jsou značně nejisté, tento jednoduchý model nám brání v definitivním vyloučení scénáře diskového větru pro naše proměnné absorpční čáry NaI,“ píší autoři. Nicméně, jako mladá hvězda typu T-Tauri, u PDS 70 dochází k akreci hmoty, ale také ztrácí hmotnost. Model se také spoléhá na znalost rychlosti ztráty hmotnosti hvězdy a vědci tak pracují s odhadem.

Celkově autoři tvrdí, že sodíkové čáry scénář diskového větru nepodporují a že k lepšímu pochopení systému PDS 70 je zapotřebí více pozorování. „Abychom jednoznačně potvrdili aktivitu exokomet v PDS 70, domníváme se, že by byla nutná následná pozorování,“ píší autoři ve svém závěru.

„Až bude v nadcházejících letech uveden do provozu Extrémně velký dalekohled ELT (Extremely Large Telescope), který se v současné době staví v Chile, budeme schopni zjistit, zda se v systému nacházejí další planety, a tak získat ještě jasnější představu o tom, jak se voda a další stavební kameny planet přepravují,“ řekl spoluautor Jens Hoeijmakers, astronom na Lund University.

Zdroj: https://www.universetoday.com/articles/icy-exocomets-around-a-distant-star-help-explain-earths-water

autor: František Martinek