Για δεκαετίες υπήρχε η πεποίθηση ότι το νερό ήταν διαδεδομένο στα εξωτερικά όρια του Ηλιακού Συστήματος κατά τα πρώτα στάδια της ιστορίας του, με κομήτες και αστεροειδείς να μεταφέρουν υγρασία στη Γη και στους εσωτερικούς πλανήτες κατά την περίοδο της Ύστερης Βαριάς Βομβαρδιστικής (Late Heavy Bombardment) πριν από περίπου 4 δισεκατομμύρια χρόνια.
Η αφθονία πάγου σε περιοχές όπως η Ζώνη του Κάιπερ – ο δακτύλιος των «παγωμένων αστεροειδών» στο εξωτερικό Ηλιακό Σύστημα – υποστηρίζει αυτή την ιδέα. Ωστόσο, η υπόθεση δεν μπορούσε να ελεγχθεί μέχρι να γίνει δυνατή η μελέτη εξωηλιακών συστημάτων στα πρώιμα στάδια του σχηματισμού τους.
Το James Webb επιβεβαιώνει την υπόθεση για το νερό
Χάρη στο JWST, οι επιστήμονες έχουν επιτέλους απτές αποδείξεις ότι αυτή η θεωρία είναι σωστή. Σύμφωνα με πρόσφατη μελέτη υπό την ηγεσία ερευνητών από το Πανεπιστήμιο Johns Hopkins (JHU), το διαστημικό τηλεσκόπιο ανίχνευσε πάγο νερού στον δίσκο συντριμμιών που περιφέρεται γύρω από το HD 181327, ένα άστρο παρόμοιο με τον Ήλιο που απέχει 155 έτη φωτός από τη Γη.
Με μόλις 23 εκατομμύρια χρόνια ηλικίας, το σύστημα αυτό είναι αρκετά νεαρό συγκρινόμενο με το Ηλιακό Σύστημα (4,6 δισεκατομμύρια χρόνια και συνεχίζει!). Ως εκ τούτου, το άστρο περιβάλλεται από έναν πρωτοπλανητικό δίσκο που δεν έχει ακόμη συμπυκνωθεί για να σχηματίσει ένα σύστημα πλανητών. Η μελέτη τόσο νεαρών άστρων επιτρέπει στους αστρονόμους να παρατηρούν ένα σύστημα ακόμα στα αρχικά στάδια σχηματισμού.
Όπως δήλωσε η Chen Xie, βοηθός ερευνήτρια στο JHU και κύρια συγγραφέας της μελέτης, σε πρόσφατο δελτίο τύπου της NASA:
«Το Webb ανίχνευσε χωρίς αμφιβολία όχι μόνο πάγο νερού, αλλά και κρυσταλλικό πάγο νερού, που επίσης βρίσκεται σε περιοχές όπως οι δακτύλιοι του Κρόνου και τα παγωμένα σώματα στη Ζώνη του Κάιπερ του Ηλιακού μας Συστήματος. Η παρουσία πάγου νερού βοηθά στον σχηματισμό πλανητών. Τα παγωμένα υλικά ενδέχεται επίσης τελικά να -παραδοθούν- σε γήινους πλανήτες που μπορεί να σχηματιστούν μέσα σε μερικές εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια σε συστήματα όπως αυτό».
Ο πάγος νερού συγκεντρωμένος στα εξωτερικά άκρα
Οι ερευνητές παρατήρησαν το HD 181327 χρησιμοποιώντας το φασματογράφο κοντινού υπέρυθρου (NIRSpec) του JWST, ο οποίος αποκάλυψε τα χαρακτηριστικά χημικά ίχνη του νερού στα εξωτερικά όρια του δίσκου συντριμμιών του συστήματος.
Όπως είχε προβλεφθεί, το μεγαλύτερο μέρος του πάγου νερού του συστήματος εντοπίστηκε στον εξωτερικό δακτύλιο συντριμμιών, αντιπροσωπεύοντας πάνω από το 20% της μάζας του. Όπως στη Ζώνη του Κάιπερ, το νερό υπάρχει με τη μορφή «βρώμικων χιονόμπαλων» 0 πάγος συνδυασμένος με λεπτά σωματίδια σκόνης.
Όσο πλησιέστερα στο άστρο κοίταζαν οι ερευνητές, τόσο λιγότερο νερό έβρισκαν. Μόνο το 8% του υλικού στο μέσο της απόστασης από την άκρη του δίσκου αποτελείται από πάγο, ενώ σχεδόν κανένα δεν ανιχνεύθηκε προς το κέντρο του συστήματος. Αυτό πιθανόν οφείλεται στην εξάτμιση από την υπεριώδη ακτινοβολία του άστρου, αν και είναι επίσης πιθανό ένα σημαντικό ποσοστό νερού να είναι «παγιδευμένο» σε βράχους και πλανητοειδείς.
Νέες δυνατότητες για την κατανόηση της πλανητικής γένεσης
Δεδομένου ότι ο πάγος νερού επηρεάζει καθοριστικά τον σχηματισμό πλανητών γύρω από νεαρά άστρα, τα αποτελέσματα προσφέρουν νέες ευκαιρίες στους ερευνητές να μελετήσουν τις διαδικασίες που διέπουν την ανάπτυξη ηλιακών συστημάτων. Επιπλέον, επιβεβαιώνουν όσα είχε υπονοήσει το διαστημικό τηλεσκόπιο Spitzer της NASA όταν παρατήρησε το ίδιο σύστημα το 2008.
«Όταν ήμουν μεταπτυχιακή φοιτήτρια πριν από 25 χρόνια, ο επιβλέπων μου μού είπε ότι θα πρέπει να υπάρχει πάγος στους δίσκους συντριμμιών, αλλά πριν το Webb, δεν είχαμε όργανα αρκετά ευαίσθητα για να κάνουμε αυτές τις παρατηρήσεις», λέει η Christine Chen, αστρονόμος στο Ινστιτούτο Διαστημικού Τηλεσκοπίου (STScI) και συγγραφέας της μελέτης.
«Αυτό που εντυπωσιάζει περισσότερο είναι ότι αυτά τα δεδομένα μοιάζουν με τις πρόσφατες παρατηρήσεις του τηλεσκοπίου για αντικείμενα της Ζώνης του Κάιπερ στο δικό μας Ηλιακό Σύστημα».
Δραστήριες συγκρούσεις και διαστημική σκόνη
Οι παρατηρήσεις του Webb αποκάλυψαν επίσης ένα ευρύ, απαλλαγμένο από σκόνη κενό ανάμεσα στο άστρο και τον δίσκο συντριμμιών του. Πιο μακριά από το άστρο, ο δίσκος συντριμμιών μοιάζει με τη Ζώνη του Κάιπερ, η οποία κατοικείται από αμέτρητες βρώμικες χιονόμπαλες και μικρούς πλανήτες. Επιπλέον, συνεχίζουν να συμβαίνουν συγκρούσεις στη Ζώνη του Κάιπερ – κάτι που η ομάδα παρατήρησε επίσης στο HD 181327.
«Το HD 181327 είναι ένα πολύ ενεργό σύστημα», λέει η Chen. «Υπάρχουν τακτικές, συνεχείς συγκρούσεις στον δίσκο συντριμμιών του. Όταν συγκρούονται εκείνα τα παγωμένα σώματα, απελευθερώνουν μικροσκοπικά σωματίδια σκονισμένου πάγου νερού, που έχουν τέλειο μέγεθος για να τα ανιχνεύσει το Webb».
Το μέλλον της αστρονομίας με το JWST
Με αυτές τις παρατηρήσεις πλέον διαθέσιμες, οι αστρονόμοι θα συνεχίσουν να αναζητούν πάγο νερού και δίσκους συντριμμιών για λεπτομερή παρακολούθηση με το JWST και άλλα τηλεσκόπια νέας γενιάς, μερικά από τα οποία θα εκτοξευθούν σύντομα.
Η μελέτη αυτών των ενεργά διαμορφούμενων πλανητικών συστημάτων θα εμπλουτίσει τα μοντέλα πλανητικού σχηματισμού και θα προσφέρει νέο φως για το πώς προέκυψε το δικό μας Ηλιακό Σύστημα.
Τα αποτελέσματα της ομάδας δημοσιεύθηκαν στο περιοδικό Nature.
