ГДЕ МОЛОДАЯ ЗВЕЗДА ВЫЖИГАЕТ СВОЙ УГЛЕРОД

Углерод — основа жизни в том виде, в каком мы её знаем: больше половины сухой массы человеческого тела. И всё же на Земле его странно мало. Основная масса горных пород нашей планеты содержит, в пересчёте на массу, примерно на четыре порядка величины — в десять тысяч раз — меньше углерода, чем Солнце или межзвёздная пыль, из которой родилась Земля. Предлагалось несколько объяснений, от ультрафиолетового излучения до окисления, но ни одно не объясняет этот дефицит полностью.

Один из подозреваемых — нагрев. Углерод в пылинках существует в нескольких формах — похожий на сажу аморфный углерод, углеводороды, графит, — которые разрушаются при разных температурах. Начиная примерно с 500 кельвинов — это линия сажи (soot line) — улетучиваются самые летучие формы; примерно к 1200 кельвинам исчезает даже аморфный углерод. По оценкам более ранних работ, такой нагрев должен был произойти в течение первого миллиона лет формирования Земли.

Звезда, застигнутая в «нулевой момент»

HOPS-68 — очень молодая звезда в молекулярном облаке Ориона, примерно в 414 парсеках от нас. Сопутствующее исследование той же команды показало, что середина её внутреннего диска разогревается до 1400 кельвинов — достаточно, чтобы испарилась вся пыль. Наша Солнечная система тоже прошла через такую фазу: это «нулевой момент» летописи метеоритов, когда вблизи молодого Солнца из горячего газа конденсировались зёрна, богатые кальцием и алюминием. Известны лишь две молодые маломассивные звезды — кандидаты на этот момент, и обе находятся в Орионе.

F. J. Ballieux, M. K. McClure и коллеги из Лейденского университета вместе с партнёрами из США и Германии теперь изучили углерод в её спектре, полученном прибором среднего инфракрасного диапазона телескопа JWST, а также архивные данные (суб)миллиметровой решётки ALMA.

Спектр, полный углеводородов

Свет HOPS-68 испещрён отпечатками множества углеродных молекул:

• тёплые циановодород и ацетилен при температуре около 320 и 430 кельвинов, в больших количествах — примерно в 20 раз больше, чем вокруг другой звезды «нулевого момента». Они движутся к нам со скоростью от 39 до 53 километров в секунду относительно звезды, как и кислородсодержащий газ, по которому прослеживается ветер, дующий с диска;
• более холодные молекулы, около 40–55 кельвинов, в том числе диацетилен (C₄H₂), метильный радикал и моносульфид углерода, вероятно во внешнем диске или вдоль стенок полости, выдолбленной истечением звезды;
• триацетилен (C₆H₂) — цепочка из шести атомов углерода, впервые обнаруженная вокруг молодой звезды.

ALMA добавляет ещё одну подсказку: радикал C₂H выстилает стенки полости истечения и движется наружу вместе с джетом, а не падает внутрь.

Зона разрушения углерода

Авторы предлагают сценарий. Между линией сажи и точкой, где испаряется даже аморфный углерод, — примерно от 500 до 1200 кельвинов — лежит то, что они называют «зоной разрушения тугоплавкого углерода»: там весь твёрдый углерод покидает пылинки и переходит в газ. У HOPS-68 очень горячая внутренняя область отодвигает эту зону наружу и расширяет её. Высвобожденный углерод затем либо поглощается звездой, либо уносится ветром с диска.

В любом случае пыль в области, где формируются каменистые планеты, теряет свой углерод. Тот же процесс, как предполагает команда, мог внести вклад в дефицит углерода на Земле. Сколько углерода ветер уносит на самом деле, ещё предстоит измерить.

Дальше от звезды ультрафиолетовый свет расщепляет ацетилен на C₂H, который реагирует с новыми молекулами ацетилена, выстраивая более длинные цепочки, такие как C₄H₂ и C₆H₂. При температуре от 900 до 1100 кельвинов зона разрушения могла бы даже ковать полициклические ароматические углеводороды, как в пламени, — это ещё предстоит подтвердить.

От протозвезды к астероидам

У исследования два более широких следствия. Во-первых, углеродные цепочки, наблюдаемые вокруг других молодых звёзд, обычно приписывали газу, падающему из окружающей оболочки; у HOPS-68 они явно текут наружу, а значит, эта химия, возможно, указывает скорее на истечения.

Во-вторых, образцы, доставленные с астероидов Рюгу и Бенну, содержат обильное цепочечное («алифатическое») органическое вещество. Поскольку длинные цепочки HOPS-68 образуются вне ветра, их не сдувает; позже они могли бы снова упасть на внешний диск. Авторы предполагают, что такие цепочки могли бы вносить вклад в органическое вещество астероидов и метеоритов. Если так, HOPS-68 показала бы в одной молодой системе и образование тех самых метеоритных зёрен, и богатый углеродом материал, в который они встроены, — розеттский камень формирования первых малых тел планетной системы.