Pozorování JWST poprvé objevila vodu ve vnitřním disku kolem mladé hvězdy s obřími planetami

Nová měření provedená infračerveným přístrojem MIRI (Mid-InfraRed Instrument) vesmírného teleskopu James Webb Space Telescope (JWST) detekovala vodní páru ve vnitřním disku okolo hvězdy PDS 70, která se nachází 370 světelných let daleko. Toto je první detekce vody v terestrické oblasti disku, o kterém je již známo, že hostí dvě nebo více protoplanet.

Voda je nezbytná pro život, jak jej známe. Vědci však diskutují o tom, jak se dostala na Zemi a zda by stejnými procesy mohly vzniknout kamenné exoplanety obíhající kolem vzdálených hvězd. Nové poznatky mohou pocházet ze systému PDS 70, který je hostitelem vnitřního a vnějšího disku, které jsou od sebe odděleny mezerou osmi miliard km, v níž jsou dvě známé plynné obří planety. Přístroj MIRI detekoval vodní páru ve vnitřním disku systému ve vzdálenosti méně než 160 milionů km od hvězdy – v oblasti, kde se mohou formovat kamenné terestrické planety (Země obíhá 150 milionů km od Slunce).

„Pozorovali jsme vodu v jiných discích, ale ne tak blízko a v systému, kde se momentálně nacházejí planety. Tento typ měření jsme nemohli provést dříve, než byl do kosmu vypuštěn Webbův teleskop,“ řekla hlavní autorka Giulia Perottiová z Max Planck Institute for Astronomy (MPIA) v německém Heidelbergu.

„Tento objev je extrémně vzrušující, protože zkoumá oblast, kde se obvykle tvoří kamenné planety podobné Zemi,“ dodal ředitel MPIA Thomas Henning, spoluautor článku. Henning je spoluřešitelem Webbova přístroje MIRI, který provedl detekci, a hlavním výzkumníkem programu MINDS (MIRI Mid-Infrared Disk Survey), který data pořídil.

Vlhké prostředí pro formování planet

PDS 70 je hvězda spektrálního typu K, chladnější než Slunce a její stáří se odhaduje na 5,4 milionů let. To je mezi hvězdami s planetotvornými disky poměrně vysoký věk, díky čemuž byl objev vodní páry překvapivý.

Postupem času obsah plynu a prachu v discích tvořících planety klesá. Buď záření centrální hvězdy a větry takový materiál odstraní, nebo prach přeroste do větších objektů, které nakonec vytvoří planety. Vzhledem k tomu, že předchozí studie nedokázaly detekovat vodu v centrálních oblastech podobně starých disků, astronomové se domnívali, že by nemusela přežít drsnou hvězdnou radiaci, což by vedlo k suchému prostředí pro vznik jakýchkoli kamenných planet.

Astronomové dosud nezjistili žádné planety tvořící se uvnitř vnitřního disku PDS 70. Vidí zde však suroviny pro stavbu skalnatých světů ve formě silikátů. Detekce vodní páry znamená, že pokud se tam vytvoří kamenné planety, budou mít vodu k dispozici od začátku.

„Nacházíme zde relativně velké množství malých prachových zrn. V kombinaci s naší detekcí vodní páry je vnitřní disk velmi vzrušujícím místem,“ řekl spoluautor studie Rens Waters z Radboud University v Nizozemsku.

Jaký je původ vody?

Objev vyvolává otázku, odkud se voda vzala. Tým MINDS zvažoval dva různé scénáře k vysvětlení svého zjištění. Jednou z možností je, že se molekuly vody tvoří na místě, kde je detekujeme, když se spojují atomy vodíku a kyslíku. Druhou možností je, že ledem pokryté prachové částice jsou transportovány z chladného vnějšího disku na horký vnitřní disk, kde vodní led sublimuje a mění se v páru. Takový dopravní systém by byl překvapivý, protože prach by musel překonat velkou mezeru, kterou vytvořily dvě již existující obří planety.

Další otázkou, kterou objev vyvolal, je, jak mohla voda přežít tak blízko hvězdy, kde by ultrafialové světlo hvězdy mělo rozbít molekuly vody. S největší pravděpodobností okolní materiál, jako je prach a další molekuly vody, slouží jako ochranný štít. V důsledku toho voda detekovaná poblíž hvězdy PDS 70 mohla být uchráněna před zničením.

Nakonec tým použije dva z dalších Webbových nástrojů, Near-InfraRed Camera (NIRCam) a Near-InfraRed Spectrograph (NIRSpec) ke studiu systému PDS 70 ve snaze získat ještě další informace. Toto zjištění bylo publikováno v časopise Nature.

Zdroj: https://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/Webb/Webb_detects_water_vapour_in_rocky_planet-forming_zone a https://phys.org/news/2023-07-jwst-disk-young-star-giant.html

autor: František Martinek