Повърхностните води на Земята поставят планетата в собствена, привилегирована категория сред телата в Слънчевата система. Никъде другаде не се среща вода в такова количество, а именно тя е позволила появата и развитието на живота. По този въпрос няма спор, но произходът на тази вода все още е предмет на дебати.
Възникнала ли е водата в резултат на отделяне на водород от разтопената Земя, когато планетата е била млада? Или е била донесена от богати на вода астероиди, ледени планетезимали и комети? Или и двата механизма са допринесли?
Ново изследване, публикувано в списание Nature Communications, разглежда въпроса за произхода на земната вода, като изследва далечна планетна система. Водещ автор на проучването е Алин Новайс, постдокторант в катедрата по физика на Лундския университет в Швеция.
PDS 70 е млада звезда, разположена на около 370 светлинни години от нас. Тя е звезда от типа T Tauri и е на едва около 5,5 милиона години, което означава, че все още не е достигнала главната последователност.
Системата представлява особен интерес, тъй като двете ѝ планети – PDS 70b и PDS 70c – са заснети директно от Very Large Telescope (VLT) на Европейската южна обсерватория (ESO) съответно през 2018 и 2019 г.
Наблюдения на системата PDS 70 с космическия телескоп „Джеймс Уеб“ са установили наличие на вода във вътрешния диск на системата.
„В самия център на вътрешния диск на PDS 70 последните инфрачервени наблюдения с помощта на инструмента MIRI на борда на космическия телескоп „Джеймс Уеб“ разкриха спектроскопски сигнали, свидетелстващи за наличие на газообразен воден резервоар“, пишат авторите.
Произходът на водата остава неясен и в настоящото изследване учените са използвали архивни спектри от спектрографа HARPS, за да се опитат да хвърлят светлина върху източника ѝ.
„Тук съобщаваме за откриването на променливи абсорбционни линии на неутрален натрий в архивни спектри на PDS 70 от HARPS. Тези линии се променят силно и хаотично от ден на ден по отношение на амплитудата, броя и радиалната скорост“, пишат изследователите.
Ключовото е, че абсорбционните линии не са широко разпространени или равномерни. Те обхващат само част от звездния диск, което на практика означава, че газът е концентриран на отделни структури. Линиите са променливи, което показва, че причината вероятно не е стандартен, стабилен звезден вятър от диска.
„Нашите измервания показват, че този газ е оптически плътен и покрива частично звездния диск, което означава, че този бързо движещ се газ често е пространствено ограничен“, посочват авторите.
Газът се появява и изчезва в рамките на няколко нощи и се движи по-бързо от PDS 70. Това съответства на сценарий, при който комета преминава пред звездата, а от повърхността ѝ се сублимират летливи вещества.
Сублимиращият газ създава променливите спектрални линии. Тъй като газът се появява и изчезва в рамките на няколко нощи и се движи по-бързо от PDS 70, изследователите отдават предпочитание на хипотезата за екзокомета.
„Разгледахме няколко хипотези за произхода на тези линии и стигнахме до заключението, че вероятен източник на наблюдавания натрий е сублимацията на планетезимали, които преминават пред звездата по силно елиптични орбити, напомнящи явлението екзокомети, наблюдавано в други извънслънчеви системи“, обясняват изследователите.
„Нашето изследване предполага, че кометите може да са отговорни за пренасянето на вода към вътрешните части на планетната система, където могат да се формират планети, по същия начин, както се е случило в ранната Слънчева система“, каза водещият автор Новайс.
„Това е първият път, когато виждаме доказателства за екзокомети, обикалящи около сравнително хладна звезда, подобна на нашето Слънце. Освен това тази система е най-младата, в която досега е предполагано наличие на активност на екзокомети“, заяви Новайс.
В подкрепа на хипотезата за екзокометите изследователите са моделирали и орбитите на екзокомети в системата PDS 70. Те са установили, че газовите гиганти в системата могат да нарушават орбитите на отдалечени ледени тела и да ги насочват към звездата. Това съответства на възможен процес, протекъл и в нашата Слънчева система.
„Това напомня на възможен процес в ранната Слънчева система, при който кометите може да са допринесли за доставянето на вода на младата Земя“, обясни съавторът Александра Стокуел Мърфи, също от Лундския университет.
Макар че изследователите подкрепят хипотезата за екзокометите, все още е възможно променливите спектрални линии да са причинени от звезден вятър от диска.
„Предвид значителната несигурност при някои параметри на модела, включително скоростта на акреция на звездата, този опростен модел не ни позволява категорично да отхвърлим сценария със звезден вятър от диска за променливите абсорбционни линии на Na I“, пишат авторите.
Като млада звезда от типа T Tauri, PDS 70 едновременно натрупва и губи маса. Моделът също така зависи от познаването на скоростта, с която звездата губи маса, а учените работят с приблизителна оценка.
Като цяло авторите посочват, че линиите на натрия не подкрепят сценария със звезден вятър от диска и че са необходими още наблюдения, за да бъде системата PDS 70 разбрана по-добре.
„За да потвърдим недвусмислено активността на екзокометите в PDS 70, смятаме, че са необходими последващи наблюдения“, пишат авторите в заключението си.
„Когато Extremely Large Telescope, който в момента се изгражда в Чили, заработи през следващите години, ще можем да установим дали в системата има още планети и така да получим по-ясна представа за начина, по който водата и други градивни елементи на планетите се пренасят“, заяви съавторът Йенс Хойеймакерс, изследовател в областта на астрономията в Лундския университет.
Дебатът за произхода на земната вода, а оттам и за водата на всяка екзопланета, напомня на спора за „природата срещу възпитанието“, който дълго време доминираше дискусиите за човешкото развитие.
Днес вече се приема, че противопоставянето на единия подход срещу другия няма особен смисъл. Възможно ли е същото да се отнася и за дискусията за произхода на водата на Земята? Възможно е част от водата да е била доставена отвън, а друга част да е възникнала от разтопената млада Земя. Двете хипотези може и да не си противоречат, когато става дума за произхода на водата, направила възможен живота на нашата планета.
Същото вероятно важи и за PDS 70, а доказателствата, че екзокомети доставят вода в системата, биха били важно научно откритие.
