Международная группа астрофизиков, работающая в рамках программы PDRs4All Early Release Science, используя данные наблюдений космического телескопа «Джеймс Уэбб» (JWST), обнаружила феномен разрушения и повторного образования огромного количества воды в протопланетном диске, находящемся в центре туманности Ориона. Это открытие оказалось возможным благодаря комбинации наблюдений и расчётов, объединивших междисциплинарный подход исследователей.
По словам руководителя программы PDRs4All и преподавателя Западного института исследования Земли и космоса Элса Петерса, они смогли определить, что ежемесячно в результате разрушения в протопланетном диске испаряется целый океан воды, основываясь лишь на нескольких пикселях наблюдений и концентрируясь на узких линиях данных спектроскопии.
Большая часть воды, присутствующей в океанах Земли, сформировалась задолго до возникновения Солнечной системы в холодных областях межзвёздного пространства при крайне низких температурах около -250°С. Однако в результате этого исследования стало ясно, что часть воды могла разрушаться и снова образовываться при гораздо более высоких температурах 100–500°С, когда молодая Солнечная система представляла собой газопылевой диск, вращающийся вокруг Солнца.
Для детального изучения этого процесса астрономы нацелили JWST на d203-506, протопланетный диск, расположенный в туманности Ориона. В результате исследования стало ясно, что интенсивное ультрафиолетовое излучение, испускаемое массивными звёздами, приводит к разрушению и повторному образованию воды в d203-506, что делает его настоящей межзвёздной лабораторией.
«Относительно этого открытия нельзя сказать как о поиске иголки в стоге сена. Это иголка в стоге сена, сделанного из иголок», — сказал Ками, профессор физики и астрономии и участник PDRs4All.
Результаты исследования свидетельствуют о важной роли сотрудничества с экспертами по квантовой динамике из Мадридского комплекса дальней космической связи и Лейденской обсерватории. Благодаря их участию удалось разобраться в процессах образования и разрушения молекул на расстоянии более 1000 световых лет.
Когда вода разрушается под воздействием ультрафиолетового излучения, освобождается молекула гидроксила, сопровождаемая излучением фотонов, достигающих телескопа JWST. В результате исследования было установлено, что за месяц в протопланетном диске d203-506 образуется и разрушается эквивалент объёма воды океанов Земли.
Однако исследование не заканчивается на этом. Джеймс Уэбб также предоставил свидетельства того, что гидроксил, ключевой промежуточный продукт в образовании воды, также образуется из атомарного кислорода. Таким же образом, некоторая часть воды, находящейся в наших океанах, могла пройти через подобный цикл.