Od dziesięcioleci naukowcy zakładali, że woda była powszechnie obecna w zewnętrznych obszarach wczesnego Układu Słonecznego. Zgodnie z tą hipotezą to właśnie lodowe ciała, takie jak komety i planetoidy, dostarczyły wodę na Ziemię i inne planety skaliste w okresie tzw. późnego intensywnego bombardowania — około cztery miliardy lat temu. Obecność bogatych w lód obiektów w Pasie Kuipera, rozciągającym się daleko za orbitą Neptuna potwierdzała to założenie. Jednak jednoznaczne potwierdzenie teorii wymagało czegoś jeszcze: zaobserwowania wody w młodych układach planetarnych powstających wokół innych gwiazd. Do niedawna było to nieosiągalne, ale teraz dzięki takim instrumentom jak JWST możemy już tego dokonać.
W badaniu przeprowadzonym przez zespół naukowców z Johns Hopkins University, udało się wykorzystać teleskop do zbadania HD 181327 — młodej gwiazdy oddalonej o 155 lat świetlnych od Ziemi. Gwiazda ta ma 23 miliony lat, a więc znacznie mniej niż Słońce, które ma 4600 milionów lat. Oznacza to, że możemy obserwować bardzo wczesny etap ewolucji planet i dysku protoplanetarnego otaczającego gwiazdę.
Czytaj także: Zaraz, jak to? Wiatr słoneczny może produkować wodę na Księżycu
Korzystając ze spektrografu bliskiej podczerwieni (NIRSpec) zainstalowanego na pokładzie JWST, badacze po raz pierwszy bezpośrednio zidentyfikowali sygnaturę chemiczną krystalicznego lodu wodnego w zewnętrznych regionach tego dysku. Tego rodzaju lód, znany chociażby z pierścieni Saturna i obiektów Pasa Kuipera, odgrywa istotną rolę w procesie formowania się planet. Może także stanowić potencjalne źródło wody dla dopiero powstających planet skalistych.
Analiza wykazała, że w zewnętrznym pierścieniu odłamków wokół HD 181327 lód stanowi ponad 20 procent całkowitej masy — głównie w postaci tzw. „brudnych śnieżek”, czyli zagęszczeń składających się z mieszaniny lodu i kpyłu. W miarę zbliżania się do gwiazdy ilość lodu gwałtownie spada: w środkowej części dysku stanowi on już tylko około 8 procent masy, a w najbardziej wewnętrznych obszarach praktycznie go nie ma. Możliwe, że w centralnej części dysku lód całkowicie wyparował pod wpływem intensywnego promieniowania ultrafioletowego emitowanego przez młodą gwiazdę lub też woda została już uwięziona w obiektach skalnych.
Odkrycie to potwierdza wcześniejsze przypuszczenia mówiące, że lód wodny istnieje już w bardzo wczesnych latach istnienia układu planetarnego. Już w 2008 roku Kosmiczny Teleskop Spitzera dostarczył pierwszych wskazówek, jednak dopiero czułość i rozdzielczość JWST umożliwiły jednoznaczne potwierdzenie tych przypuszczeń.
Czytaj także: W końcu zajrzeliśmy w atmosferę podneptuna. A tam woda!
Warto tutaj także zwrócić uwagę na fakt, że JWST zarejestrował również szeroką, pozbawioną pyłu przerwę między gwiazdą a dyskiem — przypominającą rozdział pomiędzy orbitami wewnętrznych i zewnętrznych planet w naszym Układzie. W zewnętrznym dysku ciągłe zderzenia lodowych obiektów generują nowe drobiny lodu, które teleskop z łatwością wykrywa.
HD 181327 to dynamiczny układ, w którym procesy formowania się planet możemy obserwować niemal na żywo. Obserwacje takich układów pozwala nam lepiej zrozumieć początki naszego Układu Słonecznego i wypełniać luki w naszej wiedzy o nim. Ewidentnie trzeba przyjrzeć się odległym gwiazdom na różnych etapach rozwoju, aby poznać historię Słońca i jego planet. Do czego to doszło?