Астрономы, работающие с космическим телескопом имени Лаймана Спитцера, обнаружили в газопылевом диске, окружающем молодую звезду, следы воды и целого ряда органических веществ, из которых формируются важнейшие элементы той жизни, которая известна земным учёным. Эти вещества находятся как раз там, где могут сформироваться обитаемые планеты, и не исключено, что Солнечная система почти 5 миллиардов лет назад сформировалась подобным образом.
Джон Карр и Джоан Надзита из американских Морской исследовательской обсерватории и Национальной оптической астрономической обсерватории сосредоточились на газопылевом диске, окружающем молодую звезду AA Тельца, находящуюся в направлении одноимённого созвездия на расстоянии около 450 световых лет. Работа учёных опубликована в последнем номере Science.
AA Тельца относится к звёздам типа T Тельца, или T Tauri — молодых звёзд, на которые всё ещё продолжает выпадать вещество из окружающего её так называемого протозвёздного — и, вероятно, протопланетного — диска. Возраст таких звёзд не превышает нескольких миллионов лет.
Как оказалось, газопылевой диск AA Тельца заполнен большим количеством химических компонентов, являющихся фундаментальными кирпичиками жизни.
Среди них оказались не только молекулы воды, но и углекислый газ, монооксид углерода и даже циановодород — вещество, водный раствор которого мы называем синильной кислотой. Все эти молекулы являются прекурсорами (исходными веществами) для синтеза более сложных молекул органической жизни, в том числе и такой, как земная.
Новое исследование ученых из института Карнеги показывает, что жизнь на землю могла быть действительно занесена из космического пространства. По крайней мере космос мог в значительной степени поддержать процесс формирования органического пребиотического «супа» из простейших биологических молекул.
Выводы исследователей, принятые к печати в Meteoritics and Planetary Science базируются на концентрации аминокислот обнаруженных в двух метеоритах, превышающей на порядок все обнаруженные ранее.
В принципе, экстраполяция климатических условий Земли на несколько миллиардов лет назад допускает формирование белковых молекул из простейших химических компонентов, однако обнаруженные аминокислоты позволяют предположить существенные концентрации простых аминокислот в околоземном пространстве космоса в прежние времена, а потому и этот источник биологических молекул нельзя выключить из рассмотрения.
Ученые изучали метеориты, доставленные в лабораторию прямиком из ледяного покрова Антарктиды – Мекки охотников за малыми небесными телами, где те покоятся под толщей льда уже не первое тысячелетие. Для анализа были выбраны так называемые углеродистые хондриты – одни из наиболее древних метеоритов, возникших вместе с Солнечной системой.
Состав углеродных изотопов этих тел сильно отличается от земного, что позволяет сделать заключение о загрязнении метеорита земными органическими молекулами.
Самые заметные линии молекул находятся в инфракрасном диапазоне, и именно поэтому учёным очень помог спектрограф космического телескопа имени Спитцера. С поверхности нашей планеты инфракрасное излучение наблюдать трудно, причём по той же самой причине — молекулы воды, углекислого газа и многих других веществ, в изобилии присутствующие в нашей атмосфере, активно поглощают свет в тех же спектральных линиях.
Стоит отметить, что обнаруженный пылевой диск — далеко не первое подобное открытие. За последние годы ученые смогли открыть сотни подобных газопылевых дисков, окружающих молодые звезды. Обнаружение подобных скоплений хорошо укладывается в современную теорию образования планет. Однако ученые ставят перед собой задачу изучения эволюции зарождающихся небесных тел и выявления закономерностей, которые могут привести к формированию на их поверхности каких бы то ни было форм жизни.
Ученые надеются в ходе изучения этого газо-пылевого облака лучше понять на ранних этапах формирования нашей звездной системы. В особенности это касается идеи занесения первичных органических компонентов на поверхность Земли из космического пространства.
Органические молекулы прежде уже были обнаружены в космическом пространстве. Однако в данном случае речь идёт об очень высокой концентрации этих веществ на расстояниях не более 3 астрономических единиц — расстояний от Земли до Солнца. Это так называемая обитаемая зона, в границах которой вода может существовать как в твёрдом, так и в парообразном виде, и, при соблюдении определённых условий, в жидком. Таким образом, живым стройматериалом наполнена как раз та область, которая в будущем может стать обитаемой.
Астрономы нашли подтверждение теории постепенного слипания пыли в протопланетных дисках вокруг молодых звёзд во всё более и более крупные частички, из которых со временем образуются планеты. Учёным под руководством Мансура Ибрагимова из узбекского Астрономического института имени Улугбека удалось заметить следы крупных песчинок размером порядка 1 мм вокруг звезды, возраст которой составляет около 3 миллионов лет. Работа учёных появилась в последнем номере Nature.
В настоящее время считается, что планеты появляются в газо-пылевых дисках, формирующихся вокруг звёзд в процессе их образования. Когда в центре такого облака накапливается достаточно вещества, звезда зажигается, нагревая диск, который достаточно быстро теряет газовую составляющую. После этого мельчайшие, размером в доли микрона, межзвёздные пылинки (их размер скорее соответствует размеру частичек сигаретного дыма), постепенно начинают слипаться во всё более и более крупные образования. Через миллионы лет такой эволюции появляются частицы размером с песчинку, затем образуются «булыжники» и планетезимали размером с маленький астероид. Из последних строятся сами планеты.
Увидеть самые мелкие пылинки уже удавалось, они наблюдаются в протозвёздных дисках самых молодых звёзд – например, магнитных звёзд типа T Тельца. Астрономам из Германии, США и Узбекистана удалось найти частички размером около миллиметра, а возможно и более – их прозвали «песчинками», – в спектре звезды KH-15D, находящейся на расстоянии около 2,4 тысяч световых лет в туманности Конус (NGC 2264) в созвездии Единорога. Звёздам скопления, погружённого в эту туманность, около 3 миллионов лет, а излучение пыли пришло из региона размером не более 3 астрономических единиц, то есть расстояний от Земли до Солнца в нашей планетной системе.
Сама звезда KH-15D состоит из двух звёзд массой немногим менее солнечной, которые обращаются друг вокруг друга по орбите, целиком помещающейся в «дыру» в центре протопланетного диска – или, если угодно, кольца. Звёзды обращаются друг вокруг друга за 48 суток. Диск же медленно поворачивается вокруг двойной системы с периодом прецессии порядка тысячи лет. В середине 70-х годов прошлого века одна из звёзд системы начала то и дело скрываться за внутренним краем диска, в середине 80-х стала пропадать и вторая, в середине 1990-х первый компонент и вовсе перестал показываться из-за диска, а в нынешнем году пришла пора и второму ещё на сотню-другую лет скрыться за протопланетным диском.
Именно затмения и позволили выделить излучение пыли и установить размер составляющих её пылинок. Спектры частично поглощённого на внутреннем крае диска и отражённого от внешних краёв света, полученные на десятиметровом телескопе имени Кека на Гавайях и Очень большом телескопе (VLT) Европейской южной обсерватории в Чили, позволили выделить вклад различных компонент в излучение и выяснить физические характеристики пыли. Размер «песчинок» может превышать несколько миллиметров, что хорошо совпадает с предсказаниями теории. Расстояние от звезды, на котором была найдена пыль, составляет несколько астрономических единиц.
Таким образом, в будущем возможно формирование в KH-15D планетной системы, чем-то напоминающей нашу. Впрочем, она всё же будет сильно отличаться – планетам придётся крутиться вокруг двух солнц, и далеко не факт, что эта система будет стабильной.
Именно таким образом могла сформироваться Солнечная система. Однако существуют и альтернативные модели, ничем не хуже описывающие финальный продукт такой эволюции.
Наблюдения AA Тельца хорошо согласуются с предсказаниями первой модели.
Тем не менее, пока говорить о том, что все остальные варианты стоит отбросить, не приходится, замечает Фред Сисла из Института имени Карнеги в Вашингтоне в своём комментарии к работе Карра и Надзиты.
Вероятно, в космосе реализуются разные варианты, и лишь открытие новых дисков с такой же сложной околозвёздной химией позволит понять, насколько часто события развиваются по тому или иному сценарию, и ответить на вопрос, насколько уникальна Солнечная система.
