Исследование космических льдов, находящихся вокруг формирующихся звезд, стало возможным благодаря уникальным данным, полученным с телескопа Джэймс Уэбб. О его возможностях рассказывает Игорь Петрашкевич, сотрудник лаборатории астрохимии УрФУ им. Б.Н.Ельцина: «Мы использовали данные телескопа Джэймс Уэбб, который обладает чувствительностью, более чем в 100 раз превышающей возможности предыдущих телескопов, и примерно в 10 раз лучшим угловым разрешением». Применяя полученные спектры, исследователи смогли сопоставить их с лабораторными спектрами, аналогами космических льдов, которые были получены на установке ISEAge УрФУ. Это сравнение позволило с высокой точностью идентифицировать химический состав льда, даже в сложных условиях.
Игорь Петрашкевич отмечает, что это исследование дало возможность впервые увидеть пространственное распределение льдов вокруг молодых звезд, а также построить попиксельные карты поглощения для ключевых компонентов космического льда, таких как вода, углекислый газ, угарный газ, цианат-ион, ион аммония и формальдегид. «Пространственное разрешение карт позволило нам разглядеть структуру внутренних протозвездных оболочек. Для нас это как переход от разрозненных точек на карте к детальному плану местности», — добавляет он.
Протозвезда представляет собой звезду на ранней стадии своего формирования, которая образуется в результате сжатия газопылевого облака под воздействием гравитации. На этой стадии термоядерные реакции еще не происходят, однако протозвезда уже выделяет энергию благодаря гравитационному сжатию. Ее оболочка, состоящая из вещества межзвездного облака, окружает формирующуюся звезду и обеспечивает ее массу за счет аккреции.
В рамках исследования ученые проанализировали шесть протозвезд класса 0 (HOPS-56, HOPS-60, HOPS-73, HOPS-91, HOPS-96 и HOPS-108), расположенных в молекулярном облаке Орион А. Эти объекты являются самыми молодыми и активными формированиями звезд, окруженными плотными пылевыми оболочками. Анализ карт показал, что лед формируется в основном на дозвездной стадии и эволюционирует вместе с протозвездой, создавая фундамент для химического состава планетарных систем. При этом состав льда оказался неоднородным.
Одним из ключевых результатов стало обнаружение значительной вариации химического состава льдов, что отражает внутреннюю структуру оболочки и влияние энергетических процессов. Наиболее ярко это проявилось у протозвезды HOPS-60, где были зафиксированы четкие следы нагрева. В этом объекте содержание угарного газа относительно воды оказалось заметно ниже, чем у других протозвезд, что может свидетельствовать о его сублимации под действием тепла», — поясняет Игорь Петрашкевич.
Ученые также сравнили содержание различных молекул в оболочках протозвезд и обнаружили, что их можно условно разделить на две группы по относительной распространенности льдов. Это может указывать на различия в эволюционном возрасте протозвезд или на условия, в которых они образуются (температура и плотность оболочек).
«Мы не просто составили карты. Мы смогли проследить за химическими изменениями, происходящими в процессе эволюции протозвезды. Например, снижение содержания угарного газа вблизи центрального источника говорит о том, что лед нагревается, и молекулы улетучиваются с пылинок. Это ключевой механизм, который обогащает газ в формирующейся планетной системе сложными молекулами, потенциально важными для зарождения жизни», — объясняет суть работы заведующий лабораторией астрохимии УрФУ Антон Васюнин.
Он также добавляет, что результаты работы могут помочь уточнить модели химической эволюции и предсказать, какой химический состав могут иметь планеты, формирующиеся в аналогичных системах.
В качестве справочной информации стоит отметить, что молекулярное облако Орион А является одним из ближайших к Земле и наиболее изученных «звездных колыбелей». Это гигантская область активного звездообразования, расположенная на расстоянии около 1350 световых лет от нашей планеты. Входит в комплекс молекулярных облаков Ориона и представляет собой идеальную естественную «лабораторию» для изучения процессов рождения звезд, включая звезды, подобные нашему Солнцу.
Изучение процессов, происходящих в Орионе А, даст ученым возможность ответить на множество вопросов, касающихся рождения звезд разных масс из единого облака газа, а также процессов, происходящих в ходе этого формирования.
Летучие вещества, такие как вода, оксид углерода, метан и другие, являются необходимыми для возникновения жизни. Эти молекулы, а также полулетучие соли являются основными компонентами межзвездных льдов. На планетах, включая Землю, летучие вещества образовались в молекулярных облаках до формирования звезд и планет, и на протяжении этого времени хранились в основном в виде льдов в до- и протозвездных системах. Поэтому изучение химического состава на различных этапах звездообразования является ключом к пониманию химической эволюции звезд и планетных систем.
Авторы исследования надеются, что их работа станет важным шагом к более глубокому пониманию распределения «строительных блоков» для формирования планет.