В диске пыли вокруг молодой звезды Beta Pictoris астрономы нашли водяной лёд с примесью углекислого газа. Команда под руководством Сары Бетти изучила систему примерно в 64 световых годах от Земли с помощью телескопа «Джеймс Уэбб». Спектр показывает, что вода застыла в беспорядочной, стеклоподобной форме, а молекулы CO₂ оказались внутри водяного льда. Исследователи считают наиболее вероятным, что лёд образовался в межзвёздной среде ещё до формирования планет системы. Результаты исследования в журнале Science пересказала Ars Technica 14 ноября 2026 года.

Что показал спектр

7 декабря 2023 года команда наблюдала Beta Pictoris прибором NIRSpec на телескопе «Джеймс Уэбб». Он записал спектр в диапазоне от 0,6 до 5,2 мкм. Исследователи вычли яркий свет звезды и измерили, как пыль диска отражает свет на разных длинах волн.

Вода поглощает свет около 3 мкм. Углекислотный лёд оставляет признаки около 4,27 мкм, а его форма с изотопом углерода-13 — около 4,39 мкм. Команда обнаружила оба сигнала. Полосы CO₂ оказались шире и немного смещены к коротким волнам относительно чистого углекислотного льда. Авторы истолковали это как признак того, что молекулы CO₂ заключены в водяной лёд, а не лежат рядом в отдельных зёрнах.

О структуре воды рассказало отсутствие другого сигнала. Кристаллический лёд обычно даёт узкий пик чуть выше 3 мкм, но в спектре Beta Pictoris его не было. По оценке команды, кристаллической была менее чем 7% воды. Остальное, вероятно, аморфный лёд: его молекулы не собраны в регулярную кристаллическую решётку.

Разница напоминает стекло и кристалл: в одном случае молекулы расположены беспорядочно, в другом — упорядоченно. Представим пылинку в очень холодном плотном облаке. Молекулы воды и CO₂ оседают на её поверхности и быстро застывают, не успевая выстроиться в решётку. Это условная иллюстрация возможного механизма, а не описание истории конкретной пылинки в диске Beta Pictoris.

Чтобы аморфный лёд сохранил такую структуру, его температура должна оставаться ниже примерно 100 K, или −173 °C. При более высокой температуре кристаллическую структуру, по оценке исследователей, могут постоянно разрушать ультрафиолетовое излучение, космические лучи или частицы от звезды. Оба сценария согласуются с гипотезой, что лёд возник в межзвёздной среде до появления планет Beta Pictoris.

На одну молекулу CO₂ приходится чуть больше десяти молекул воды: углекислый газ составляет около 11% льда. Это значение попадает в диапазоны, измеренные для комет Солнечной системы и льда в дисках других молодых звёзд. Лёд распределён по диску равномерно. Команда связывает это с частыми столкновениями планетезималей: они могут выбрасывать свежую пыль и лёд, в том числе материал из глубины тел, восполняя то, что разрушает звёздное излучение.

Межзвёздное происхождение льда остаётся наиболее вероятным объяснением, а не прямым наблюдением места и времени его образования. Исследователи не смогли точно определить долю кристаллического льда или исключить присутствие других молекул в смеси. Научную статью в журнале Science цитирует Ars Technica; её DOI: 10.1126/science.adw7770. О том, как готовят научные статьи, можно узнать отдельно.

Схема показывает, как спектральные признаки указывают на водяной и углекислотный лёд, его аморфную структуру и вероятное межзвёздное происхождение.

Фото: Zelch Csaba / Pexels