Впервые обнаружен лёд из полутяжёлой воды вокруг молодой солнцеподобной звезды

Сравнение соотношений HDO/H₂O, измеренных в различных объектах ранней Солнечной системы и протозвёздах, как в льдах, так и в газовой фазе. Соотношение HDO/H₂O во льдах L1527, измеренное в этой работе с использованием данных JWST, обозначено большим оранжевым шестиугольником. Автор: arXiv: DOI: 10.48550/arxiv.2505.14686

Международная команда астрономов из Лейденского университета (Нидерланды) и Национальной радиоастрономической обсерватории (США) впервые достоверно обнаружила лёд из полутяжёлой воды вокруг молодой солнцеподобной звезды. Эти результаты укрепляют гипотезу о том, что часть воды в нашей Солнечной системе образовалась ещё до появления Солнца и планет.

Исследование опубликовано в The Astrophysical Journal Letters.

Астрономы определяют происхождение воды, измеряя её дейтериевый коэффициент — долю молекул воды, содержащих атом дейтерия вместо водорода (HDO, полутяжёлая вода). Высокое содержание HDO указывает на формирование воды в крайне холодных условиях, например, в первичных тёмных облаках пыли, льда и газа, где рождаются звёзды.

В земных океанах, кометах и ледяных спутниках примерно одна из нескольких тысяч молекул воды является полутяжёлой — это в 10 раз выше ожидаемого уровня. Это наводит учёных на мысль, что часть воды в Солнечной системе возникла в виде льда в тёмных облаках за сотни тысяч лет до рождения Солнца. Для подтверждения гипотезы необходимо измерить дейтериевый коэффициент водяного льда в таких звёздообразующих регионах.

Теперь команда обнаружила высокое содержание HDO-льда в протозвёздной оболочке — облаке материи, окружающем звезду на эмбриональной стадии.

Спектр NIRSpec L1527 в масштабе оптической глубины от 3.7–4.2 мкм (сплошная чёрная линия) вместе с компонентами льда: CH₃OH (коричневая штрихпунктирная линия), SH-содержащие льды (жёлтая пунктирная линия), аморфный HDO (синяя сплошная линия), кристаллический HDO (малиновая сплошная линия) и общий спектр льда (зелёная штриховая линия). Серой заливкой обозначен уровень шума 3σ. Автор: arXiv: DOI: 10.48550/arxiv.2505.14686

«Исключительно чёткий сигнал»

Для исследования использовался космический телескоп «Джеймс Уэбб». До его запуска дейтериевый коэффициент воды в звёздообразующих регионах можно было измерить только в газовой фазе, где он подвержен химическим изменениям. «Теперь, с беспрецедентной чувствительностью „Уэбба“, мы наблюдаем исключительно чёткий сигнал льда HDO у протозвезды», — говорит Кейти Славичинска, аспирантка Лейденского университета, руководившая исследованием.

Изучаемая протозвезда L1527 IRS находится в созвездии Тельца, примерно в 460 световых годах от Земли. «Во многих отношениях она напоминает наше Солнце на ранних этапах формирования», — отмечает Джон Тобин из Национальной радиоастрономической обсерватории, руководящий одной из программ «Уэбба».

Соотношение HDO/H₂O в L1527 очень близко к значениям, измеренным у некоторых комет и протопланетного диска более зрелой молодой звезды, что указывает на схожее холодное и древнее происхождение воды в этих объектах.

«Это открытие добавляет доказательств тому, что большая часть водяного льда проходит свой путь практически неизменной от самых ранних до поздних стадий звёздообразования», — говорит соавтор Эвина ван Дисхук, профессор астрономии Лейденского университета.

Планы по изучению 30 протозвёзд и тёмных облаков

Однако дейтериевый коэффициент льда в L1527 IRS немного выше, чем у некоторых комет Солнечной системы и земной воды. Разницу могут объяснять химические изменения в протопланетном диске или различия в свойствах тёмных облаков.

Для проверки гипотез запланированы новые наблюдения за льдом HDO. Славичинска и её коллега Том Мигит (Университет Толедо) возглавят программы «Уэбба» по поиску HDO-льда у 30 новых протозвёзд и тёмных облаков. Параллельно Тобин проведёт наблюдения с помощью массива ALMA для детекции HDO в газовой фазе.

Подробнее: K. Slavicinska et al, HDO ice detected toward an isolated low-mass protostar with JWST, The Astrophysical Journal Letters (2025). doi.org/10.3847/2041-8213/addb45. На arXiv: DOI: 10.48550/arxiv.2505.14686

Источник: Netherlands Research School for Astronomy