RW Space

Юпитер может быть королем планет в нашей Солнечной системе, но в других звездных системах по всей галактике даже более крупные планеты вращаются на расстоянии в миллиарды миль от своих звезд — в местах, где традиционные теории образования с трудом могут их объяснить.

В новом исследовании исследователи исследуют трех массивных газовых гигантов на расстоянии около 130 световых лет от нас, используя химический состав атмосферы, чтобы понять, как формируются такие огромные планеты.

Четыре известных газовых гиганта вращаются вокруг звезды F-типа HR 8799.

Четыре известных газовых гиганта вращаются вокруг звезды F-типа HR 8799. в созвездии Пегаса. Все они колоссальные, их масса от 5 до 10 раз превышает массу Юпитера.

Используя спектры среднего разрешения прибора NIRSpec компании JWST, исследователи провели детальный анализ состава атмосфер трех самых внутренних планет системы на длинах волн от 3 до 5 микрон.

Газовые гиганты могут приближаться к диапазону масс коричневых карликов — объектов, которые на короткое время синтезируют дейтерий, — однако астрономы полагают, что они формируются принципиально разными способами.

Коричневые карлики формируются как звезды, с гравитационным коллапсом сверху вниз, но им не хватает массы для поддержания термоядерного синтеза водорода.

Формирование планет в основном связано с ядром аккреция, восходящий процесс, при котором ядра растут медленно, поскольку твердая материя слипается в протопланетный диск. Некоторые крупные ядра могут также собирать остатки газа из своей родовой туманности, становясь в конечном итоге газовыми гигантами.

Такова предыстория Юпитера и Сатурна, но может ли она работать в такой системе, как HR 8799, где более крупные гиганты вращаются на больших расстояниях?

Эти расстояния варьируются от 15 до 70 астрономических единиц (от 2 до 10 миллиардов км), что означает, что планеты находятся примерно в 15–70 раз дальше от своих чем Земля находится от Солнца.

В таком масштабе некоторые эксперты задаются вопросом, могут ли такие массивные, обширные планеты образоваться путем аккреции ядра. Ожидается, что на большом расстоянии от звезды аккреция будет происходить медленнее, что потенциально оставит планетам слишком мало времени для сбора достаточного количества материала до того, как диск рассеется. Одним из решений является то, что такие миры могут возникнуть в результате гравитационного коллапса, подобно коричневым карликам.

Чтобы проверить эту идею, исследователи использовали данные JWST с планет HR 8799 для поиска серы, тугоплавкого элемента, который в основном заключен в твердые зерна в протопланетных дисках. Таким образом, обнаружение серы в атмосфере планеты будет указывать на аккрецию твердого материала во время формирования.

«Благодаря своей беспрецедентной чувствительности JWST позволяет наиболее детально изучать атмосферы этих планет, давая нам ключ к разгадке путей их формирования», — говорит соавтор Жан-Батист Руффио, астроном из Калифорнийского университета в Сан-Диего (Калифорнийский университет в Сан-Диего).

Авторы обнаружили убедительные доказательства присутствия водорода. сульфид в HR 8799 c и d, а их атмосферные модели указывают на одинаковое обогащение серой на всех трех внутренних планетах.

«Обнаружив серу, мы можем сделать вывод, что планеты HR 8799, вероятно, сформировались аналогично Юпитеру, несмотря на то, что они в 5-10 раз массивнее, что было неожиданно», — говорит Руффио.

Хотя планеты в тысячи раз слабее, чем их родительская звезда, чувствительность JWST позволило исследователям отделить их слабые сигналы от звездного сияния.

Исследователи преодолели эту проблему, построив сложные атмосферные модели планет, которые они могли корректировать и сравнивать с данными.

«В конце концов, мы обнаружили на этих планетах несколько молекул — некоторые впервые, включая сероводород», — говорит астроном и один из первых авторов исследования Джерри Сюань из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе.

По теме: Этот гигант По словам астрономов, экзопланета формируется очень странным образом.

Планеты равномерно обогащены тяжелыми элементами, включая углерод, кислород и серу, по сравнению с звездой-хозяином, что указывает на то, что во время их формирования было включено большое количество твердого материала.

Уровень обогащения тяжелыми элементами трудно согласовать с некоторыми классическими моделями образования, обнаружили исследователи.

«Невозможно, чтобы формирование планет было настолько эффективным», — говорят астрономы. Майкл Мейер, астроном из Мичиганского университета.

Исследователям придется изучить другие системы за пределами HR 8799, но в нынешнем виде эффективность, с которой сформировались три ее массивные планеты, вызывает довольно недоумение.

«Это загадка. Здесь действительно осталась загадка», — говорит Мейер.

Исследование было опубликовано в Nature Astronomy.