Холодильник в аду: как «Джеймс Уэбб» нашел сухой лед там, где он должен был испариться

Телескоп Джеймс Уэбб нашел сухой лед там, где астрономы меньше всего ждали увидеть столь хрупкое вещество. В туманности NGC 6302, возникшей после гибели звезды, ученые обнаружили замерзший углекислый газ, хотя жесткое излучение в подобных областях обычно быстро разрушает такие соединения.

NGC 6302 находится примерно в 3400 световых годах от Земли в созвездии Скорпиона. Астрономы зафиксировали в пылевой структуре туманности следы сухого льда и назвали находку первой подтвержденной регистрацией льда из углекислого газа в планетарной туманности. Результат удивил исследователей, поскольку финальные этапы жизни звезд обычно связывают с очень агрессивной средой, а не с сохранением летучих замерзших молекул.

Планетарные туманности появляются, когда звезды, похожие на Солнце, исчерпывают ядерное топливо и сбрасывают внешние оболочки. После такого выброса вокруг горячего звездного ядра формируется расширяющееся облако газа и пыли. Подобные структуры обогащают межзвездную среду тяжелыми элементами и молекулами, из которых позже возникают новые звезды и планеты. При всей важности таких процессов сильное излучение обычно не оставляет шансов нестойким веществам.

Команда из Университета Западного Онтарио выбрала NGC 6302 не случайно. Туманность уже привлекала внимание необычно богатой химией. Астрономы раньше находили там метильный катион CH₃⁺, который участвует в органических реакциях в космосе, а также полициклические ароматические углеводороды, крупные молекулы на основе углерода, часто связанные с космической пылью. Такой набор сделал объект удобной природной лабораторией для изучения химии умирающих звезд.

NGC 6302 часто называют туманностью Бабочка или туманностью Жук. Объект выделяется сложной формой: два ярких газовых лепестка расходятся в противоположные стороны, а между ними лежит плотное пылевое кольцо вокруг центральной звезды. Радиус туманности достигает как минимум 1,5 светового года. Именно внутри такого плотного пылевого тора исследователи и нашли условия, позволившие сухому льду сохраниться.

Для наблюдений команда использовала инфракрасный прибор MIRI на борту Джеймс Уэбб. Инфракрасный диапазон хорошо подходит для изучения молекул, скрытых в пыли, поскольку разные вещества по-своему поглощают свет на определенных длинах волн. Во время анализа спектров ученые сначала увидели характерные линии газообразного углекислого газа в диапазоне от 14,8 до 15,2 микрометра, а затем нашли и признаки твердой фазы.

Спектр показал сразу два ключевых сигнала, соответствующих льду из CO2. Такая двойная структура совпала с лабораторными спектрами замерзшего углекислого газа и позволила отделить находку от других веществ с похожими линиями. После проверки команда пришла к выводу, что в пылевом торе действительно присутствует сухой лед.

Находка особенно интересна из-за свойств углекислого газа. Лед из CO2 испаряется легче, чем водяной лед, поэтому астрономы обычно находят подобные замерзшие соединения только в очень холодных и хорошо защищенных областях, например в плотных молекулярных облаках, оболочках молодых звезд или протопланетных дисках. В планетарной туманности рядом с горячим ядром такой материал должен был бы быстро исчезнуть.

Наблюдения показывают, что плотный пылевой тор в NGC 6302, вероятно, работает как естественный экран и защищает замерзший углекислый газ от разрушительного излучения. Исследователи также заметили, что соотношение газообразного CO2 и льда здесь заметно отличается от картины в областях звездообразования. Разница намекает на иной механизм образования или переработки льда в среде стареющих звезд.

Открытие меняет взгляд на химию последних этапов звездной эволюции. Если замерзшие молекулы способны выживать внутри пылевых структур, после рассеивания туманности такой материал может попасть в межзвездную среду и участвовать в формировании новых звездных систем. Теперь астрономам предстоят более детальные наблюдения, чтобы понять, насколько часто подобные условия встречаются в других планетарных туманностях.