Ледяная тень в рассеянном свете: SPHEREx обнаружил исчезающий лёд в дозвёздных ядрах ✛
В самом сердце молекулярного облака, где температура падает до 10–20 кельвинов, а плотность газа достигает миллиона частиц на кубический сантиметр, царит ледяная тень. Там, вдали от света звёзд, на поверхности пылинок намерзает вода, углекислый газ и другие молекулы. Эти ледяные мантии — строительный материал будущих планет и, возможно, источник воды для будущей жизни. Но что-то заставляет лёд исчезать ещё до того, как облако начнёт сжиматься в звезду.
Космический телескоп SPHEREx заглянул в эти тёмные области в ближнем и среднем инфракрасном диапазоне. Он увидел, как межзвёздный лёд поглощает свет фоновых звёзд на длинах волн 3.05 и 4.27 микрометра. Чем больше льда на пути света, тем глубже провалы в спектре. Сравнивая десятки ядер, исследователи обнаружили: по мере роста плотности газа обилие водяного льда падает в 3–5 раз. При этом температура пыли остаётся ниже 20 кельвинов — слишком холодно для теплового испарения. Значит, работает другой механизм: неthermal десорбция, когда космические лучи выбивают молекулы льда, не нагревая пылинку.
Это открытие переворачивает привычную картину. Раньше считалось, что лёд спокойно дожидается коллапса ядра и лишь потом, в протопланетном диске, начинает испаряться и перераспределяться. Теперь видно: лёд активно перерабатывается ещё до рождения звезды. Суммарная масса исчезающего льда в типичном ядре оценивается в 10^−5 масс Солнца — это сопоставимо с массой будущего протопланетного диска. То есть химический состав будущих планетных систем закладывается раньше, чем мы думали.
Что это значит для нас? Пока это чистое знание, без немедленных применений. Но оно меняет оценки того, сколько воды и органики достанется будущим планетам. Если лёд исчезает так рано, то в некоторых системах воды может оказаться меньше, чем предполагалось. Возможно, дефицит воды в некоторых планетных системах объясняется именно этой ранней потерей. Следующий шаг — наблюдения с более высоким спектральным разрешением, чтобы разделить разные формы льда и проследить судьбу испарившихся молекул. Ледяная тень в рассеянном свете оказывается не такой уж неподвижной: она живёт, дышит и тает задолго до того, как зажжётся первая звезда.
Температура в изученных ядрах всего на 10–15 градусов выше абсолютного нуля, но даже при таком холоде лёд испаряется — благодаря космическим лучам, которые выбивают молекулы с поверхности пылинок.
В романе Артура Кларка «2010: Одиссея два» ледяные спутники Юпитера хранят воду для будущих поколений. Наблюдения SPHEREx показывают, что вода в виде льда может исчезать из самых холодных мест Вселенной задолго до того, как станет доступной для жизни.