Наблюдения телескопа «Джеймс Уэбб» показали аномально высокое содержание дейтерия, что меняет представления о происхождении воды на планетах
Астрономы сообщили о первом в истории обнаружении льда HDO — дейтерированной, или «тяжёлой», воды — в твёрдой фазе в протопланетном диске вокруг молодой звезды 132-1832 в туманности Ориона. Наблюдение выполнено с помощью спектрографа NIRSpec космического телескопа «Джеймс Уэбб» (JWST), который фиксирует химический состав объектов по их излучению и поглощению в инфракрасном диапазоне.
Прямое наблюдение «тяжёлой воды» в условиях формирования планет ранее считалось недостижимым.
Объектом стал наклонённый примерно на 75° диск, что позволило исследовать его методом абсорбционной спектроскопии — по тому, как свет центральной звезды «просвечивает» вещество диска. В спектре впервые зафиксирована характерная полоса растяжения связи O–D в льде HDO на длине волны около 4,1 мкм. Одновременно были обнаружены следы обычного водяного льда, замёрзшего углекислого газа, монооксида углерода и сложных органических молекул.
Анализ показал, что отношение дейтерированной воды к обычной H2O в льде достигает порядка 5,1 × 10-2. В кометах и других малых телах Солнечной системы эта величина обычно значительно ниже. Впрочем, исследователи подчёркивают, что значение может быть завышено из-за особенностей измерения: линия обычной воды частично «насыщается», что затрудняет точную оценку её количества. Дополнительную сложность создаёт фон из полициклических ароматических углеводородов — крупных органических молекул, характерных для межзвёздной среды.
Данные получены в рамках программы наблюдений JWST GO 1741 и обработаны с использованием моделей спектрального анализа, калиброванных на лабораторных экспериментах по выращиванию аналогов космических пылинок и льдов. Такая комбинация наблюдений и лабораторной физики позволяет напрямую связывать свойства космического льда с условиями его формирования.
С научной точки зрения ключевой результат связан не только с самим фактом обнаружения HDO, но и с его происхождением. Полученные данные поддерживают сценарий, при котором соотношение дейтерия в протопланетных дисках не просто наследуется от межзвёздного облака, но может дополнительно меняться внутри диска. Возможные причины — температурный обмен изотопов, фотохимические процессы и избирательное испарение обычной воды, которое оставляет лёд относительно обогащённым дейтерием.
Это напрямую затрагивает одну из главных проблем космохимии: откуда на ранних планетах появляется вода и насколько её состав «задан заранее» межзвёздной средой. Новые данные показывают, что протопланетные диски могут не только сохранять химическое наследие, но и активно его перерабатывать в процессе формирования будущих планет.
Фактически исследование фиксирует промежуточное звено между межзвёздными облаками и будущими планетами — этап, на котором закладывается «изотопный паспорт» воды, способной в дальнейшем стать частью океанов на землеподобных экзопланетах.