С помощью космического телескопа «Джеймс Уэбб» (JWST) астрономы обнаружили необычный протопланетный диск вокруг молодой звезды, чей химический состав ставит под сомнение современные модели образования планет. Диск, окружающий звезду XUE 10 в области звездообразования NGC 6357 (5 550 световых лет от Земли), содержит аномально высокую концентрацию углекислого газа в зоне, где должны формироваться каменистые планеты, и почти лишён воды.

«В отличие от большинства близких к нам протопланетных дисков, где доминирует водяной пар, здесь углекислый газ оказывается главным компонентом. Вода настолько редка, что её едва удаётся зафиксировать. Это противоречит стандартным представлениям о химии и эволюции дисков», — заявила Дженни Фредьяни из Стокгольмского университета, участница collaboration XUE, изучающей влияние ультрафиолетового излучения на протопланетные системы.

Звёзды формируются в облаках газа и пыли, а оставшийся материал вокруг них образует диски, где рождаются планеты. Согласно текущим теориям, частицы льда, богатые водой, мигрируют из внешних холодных зон диска во внутренние, где лёд сублимирует в газ. Однако данные Webb по XUE 10 показывают обратное: вместо воды доминирует CO₂.

«Такое количество углекислого газа в зоне формирования планет необъяснимо стандартными процессами, — отметил Арьян Бик из Стокгольмского университета. — Вероятно, интенсивное УФ-излучение самой звезды или соседних массивных светил “перестраивает” химию диска».

Дополнительной неожиданностью стало обнаружение в диске изотопов углерода-13, кислорода-17 и кислорода-18. Их присутствие может пролить свет на происхождение аномальных изотопов в метеоритах и кометах Солнечной системы.

«Это открытие показывает, как экстремальные условия в регионах звёздообразования влияют на “стройматериалы” планет, — подчеркнула руководитель исследования Мария-Клаудия Рамирес-Таннус из Института астрономии Макса Планка. — Поскольку большинство планет рождается в таких зонах, нам необходимо пересмотреть наши взгляды на разнообразие их атмосфер и потенциал обитаемости».

Исследование опубликовано 29 августа в журнале Astronomy & Astrophysics.

Открытие диска XUE 10 ставит перед учёными новые вопросы. Если высокая концентрация CO₂ является следствием УФ-излучения, может ли это означать, что в плотных звёздных скоплениях каменистые планеты формируются в принципиально иных условиях? Например, избыток углекислого газа во внутренних областях диска способен повлиять на минералогию будущих планет, создавая миры с плотной атмосферой, напоминающей Венеру, а не Землю.

Учёные collaboration XUE планируют изучить ещё 14 дисков в NGC 6357, чтобы определить, насколько распространена такая аномалия. Если подобный химический дисбаланс окажется типичным для массивных звёздных яслей, это потребует пересмотра моделей переноса вещества в протопланетных дисках.

Кроме того, открытие подчёркивает роль JWST в исследовании экзопланет. Спектральная чувствительность телескопа позволяет не только находить неожиданные молекулы, но и реконструировать историю их формирования. В будущем это может помочь определить, какие регионы Галактики более благоприятны для возникновения аналогов Земли, а где преобладают «непригодные» для жизни миры.

«Мы только начинаем понимать, как разнообразны пути образования планет, — говорит Рамирес-Таннус. — Каждое такое открытие, словно недостающий пазл, приближает нас к полной картине космической колыбели жизни».