|
Неожиданная атмосфера молодой экзопланеты
|
|
|
|
Точно так же, как некоторые дети внешне похожи на своих родителей, многие ученые долгое время считали, что развивающиеся планеты должны напоминать вращающийся диск из газа и пыли, который их породил.
|
|
|
|
Но в ходе нового исследования группа астрофизиков, возглавляемая Северо-Западным университетом, обнаружила, что сходство может быть более слабым, чем считалось ранее. Изучая все еще формирующуюся экзопланету и окружающий ее натальный диск, исследователи обнаружили несоответствие состава газов в атмосфере планеты по сравнению с газами внутри диска.
|
|
|
|
Неожиданное открытие, возможно, подтверждает давний скептицизм ученых в отношении того, что текущая модель формирования планет слишком упрощена.
|
|
|
|
Исследование опубликовано в Astrophysical Journal Letters. Это первый случай, когда физики сравнили информацию, полученную от экзопланеты, ее диска и звезды-хозяина.
|
|
|
|
"Для астрофизиков-наблюдателей одна из общепринятых картин формирования планет, вероятно, была слишком упрощенной", - сказал Чи-Чун "Дино" Хсу из Northwestern, возглавлявший исследование.
|
|
|
|
"Согласно этой упрощенной картине, соотношение углерода и кислорода в атмосфере планеты должно соответствовать соотношению углерода и кислорода в ее родном диске — при условии, что планета накапливает материалы через газы в своем диске. Вместо этого мы обнаружили планету с соотношением углерода и кислорода, которое намного ниже по сравнению с ее диском. Теперь мы можем подтвердить подозрения о том, что картина формирования планеты была слишком упрощена."
|
|
|
|
|
|
|
Хсу является аспирантом Центра междисциплинарных исследований в области астрофизики (CIERA). Его консультирует Джейсон Ванг, доцент физики и астрономии Вайнбергского колледжа искусств и наук Северо-Западного университета и член CIERA.
|
|
Поиск видимого материала для родов
|
|
|
|
Все планеты рождаются из натального диска - вращающегося диска из газа и пыли, который окружает новую звезду. На протяжении миллионов лет гравитация притягивает газ и пыль друг к другу, образуя скопления, которые в конечном итоге превращаются в планеты. До недавнего времени было невозможно получить прямое представление о натальном диске, чтобы отследить рождение планеты. Большинство наблюдаемых экзопланет слишком старые, поэтому их натальные диски уже исчезли.
|
|
|
|
Исключением, однако, является PDS 70, звездный диск, который охватывает две молодые экзопланеты-газовые гиганты, похожие на Юпитер, называемые PDS 70b и PDS 70c. Этим планетам, расположенным всего в 366 световых годах от Земли в созвездии Центавра, не более 5 миллионов лет.
|
|
|
|
"Это система, в которой мы видим, что обе планеты все еще формируются, а также материалы, из которых они образовались", - сказал Ван. "Предыдущие исследования анализировали этот газовый диск, чтобы понять его состав. Впервые мы смогли измерить состав самой все еще формирующейся планеты и увидеть, насколько материалы на планете похожи на материалы на диске".
|
|
Изучение планетарных отпечатков
|
|
|
|
Чтобы измерить материалы, Хсу, Ван и их команда исследовали свет, излучаемый PDS 70b. Этот свет, или спектры, подобен отпечатку пальца, который показывает состав, движение, температуру и другие характеристики объекта. Каждая молекула или элемент создает свой собственный спектр. Изучая эти спектры, исследователи могут точно определить конкретные молекулы или элементы внутри объекта.
|
|
|
|
В предыдущей работе Ванг участвовал в разработке новых технологий фотоники, которые позволили астрономам фиксировать спектр тусклых объектов вблизи гораздо более ярких звезд. Исследователи использовали этот метод, чтобы сфокусироваться на слабых особенностях молодой планетной системы.
|
|
|
|
"Эти новые инструменты позволяют получать действительно подробные спектры слабых объектов рядом с действительно яркими объектами", - сказал Ванг. "Проблема в том, что рядом с действительно яркой звездой находится действительно слабая планета. Трудно выделить излучение планеты, чтобы проанализировать ее атмосферу".
|
|
|
|
С помощью спектров исследователи получили информацию о монооксиде углерода и воде из PDS 70b. Исходя из этого, они рассчитали предполагаемое соотношение углерода и кислорода в атмосфере планеты. Затем они сравнили это соотношение с ранее опубликованными данными об измерениях содержания газов в диске.
|
|
|
|
"Изначально мы ожидали, что соотношение углерода и кислорода на планете может быть таким же, как и в диске", - сказал Хсу. "Но вместо этого мы обнаружили, что соотношение углерода и кислорода на планете было намного ниже, чем в диске. Это было немного неожиданно, и это показывает, что наша общепринятая картина формирования планет была слишком упрощенной".
|
|
|
|
Возможно, дело в твердых компонентах
|
|
|
|
Чтобы объяснить это несоответствие, Хсу и Ванг предполагают, что могут быть задействованы два разных сценария. Одно из объяснений заключается в том, что планета могла сформироваться до того, как ее диск обогатился углеродом. Другое объяснение заключается в том, что планета могла расти в основном за счет поглощения большого количества твердых материалов в дополнение к газам. Хотя спектры показывают только газы, некоторое количество углерода и кислорода изначально могло образоваться из твердого вещества — в виде льда и пыли.
|
|
|
|
"Если бы планета преимущественно поглощала лед и пыль, то эти лед и пыль испарились бы до того, как попали на планету", - сказал Ван. "Таким образом, это может говорить нам о том, что мы не можем просто сравнивать газ против газа. Твердые компоненты могут существенно повлиять на соотношение углерода и кислорода".
|
|
|
|
Для этого исследования команда изучала только PDS 70b. Далее они планируют наблюдать спектры другой планеты в системе PDS 70.
|
|
|
|
"Изучая эти две планеты вместе, мы можем еще лучше понять историю формирования системы", - сказал Хсу. "Но, кроме того, это всего лишь одна система. В идеале нам нужно идентифицировать больше планет, чтобы лучше понять, как они формируются".
|
|
|
|
Источник
|
