Теории формирования планет под сомнением. Ученые открыли массивные супер-Юпитеры в 130 световых годах от Земли
Иллюстрация газового гиганта в процессе формирования (Фото: ESO/L. Calçada)
Астрономы обнаружили, что три гигантские газовые планеты в системе HR 8799 сформировались эффективнее, чем предсказывают действующие теории, что ставит под сомнение устоявшиеся представления о возникновении таких миров.
Об этом пишет издание Science alert.
Вокруг этой звезды, расположенной примерно в 130 световых годах в созвездии Пегаса, вращаются четыре известных газовых гиганта. Их масса в 5−10 раз превышает массу Юпитера. Три из них стали объектом нового исследования.
Команда проанализировала состав их атмосфер с помощью инструмента NIRSpec космического телескопа James Webb Space Telescope. Наблюдения проводили в инфракрасном диапазоне на длинах волн от 3 до 5 микрон.
Газовые гиганты могут приближаться по массе к коричневым карликам — объектам, которые кратковременно способны к термоядерным реакциям с дейтерием. Считается, что коричневые карлики формируются подобно звездам — через гравитационное сжатие газа. Зато планеты, по основной версии, возникают постепенно: сначала формируется твердое ядро в протопланетном диске, которое со временем притягивает газ.
В системе HR 8799 планеты расположены на расстоянии от 15 до 70 астрономических единиц от звезды — это в 15−70 раз дальше, чем Земля от Солнца. На такой дистанции процесс наращивания массы должен был бы происходить медленно, и часть ученых сомневается, что за это время планеты могли набрать столько вещества. Поэтому предполагали, что они могли сформироваться из-за гравитационного сжатия, как коричневые карлики.
Чтобы проверить это, исследователи искали в атмосферах планет серу — элемент, который в протопланетных дисках обычно содержится в твердых частицах. Если сера есть в атмосфере, это означает, что во время формирования планета активно поглощала твердое вещество.
В двух планетах — HR 8799 c и d — обнаружили убедительные признаки сероводорода. Модели показали, что все три внутренние планеты обогащены серой. Также зафиксировано повышенное содержание других тяжелых элементов, в частности углерода и кислорода, по сравнению с самой звездой.
Соавтор исследования Жан-Батист Руффио из Калифорнийского университета в Сан-Диего пояснил, что благодаря чувствительности телескопа удалось детально исследовать атмосферы этих планет и получить подсказки относительно их происхождения. По его словам, обнаружение серы свидетельствует, что планеты, вероятно, формировались по тому же механизму, что и Юпитер, хотя они в несколько раз массивнее. Это стало неожиданностью для ученых.
Несмотря на то что планеты в тысячи раз тусклее своей звезды, чувствительность телескопа позволила отделить их сигнал от света HR 8799. Для анализа команда создала сложные атмосферные модели и сравнила их с полученными данными.
Соавтор исследования Джерри Сюань из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе сообщил, что в атмосферах этих планет обнаружили несколько молекул, некоторые из них — впервые, в частности сероводород.
Уровень обогащения тяжелыми элементами оказался выше, чем ожидалось в рамках классических моделей формирования. Астроном Майкл Майер из Мичиганского университета отметил, что такая эффективность образования планет выглядит необъяснимой.
Исследователи планируют изучить и другие подобные системы, однако пока механизм формирования массивных планет в системе HR 8799 остается открытым вопросом.
