|
Насколько большой может быть планета
|
|
|
|
Газовые гиганты - это крупные планеты, состоящие в основном из гелия и/или водорода. Хотя у этих планет плотные ядра, у них нет твердой поверхности. Юпитер и Сатурн являются газовыми гигантами в нашей Солнечной системе, но в нашей галактике есть много других экзопланет-газовых гигантов, и некоторые из них во много раз больше Юпитера.
|
|
|
|
Крупнейшие газовые гиганты стирают грань между планетами и коричневыми карликами — этими субзвездными объектами, которые иногда называют "неудавшимися звездами", потому что они не выделяют водород.
|
|
|
|
Как образуются эти газовые гиганты? Произошло ли это в результате аккреции ядра, когда твердые ядра постепенно разрастаются в диске, втягивая в себя каменистую и ледяную гальку, пока не станут достаточно массивными, чтобы притягивать газ, окружающий молодые звезды, — как это произошло с Юпитером и Сатурном? Или это произошло из-за гравитационной нестабильности, когда облако газа, окружающее звезду, быстро коллапсирует в массивные объекты, подобные коричневым карликам?
|
|
|
|
Команда исследователей из Калифорнийского университета в Сан-Диего использовала спектральные данные космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST) для исследования звездной системы HR 8799, что привело к неожиданному ответу на этот давний астрономический вопрос. Их работа опубликована в журнале Nature Astronomy.
|
|
|
|
|
|
|
Звездная система HR 8799 расположена примерно в 133 световых годах от нас в созвездии Пегас. Каждая планета, обращающаяся вокруг этой звезды, в пять-десять раз больше массы Юпитера и вращается вокруг звезды HR 8799 на расстоянии 15-70 астрономических единиц, что означает, что ближайшая к звезде планета находится в 15 раз дальше, чем Земля от Солнца.
|
|
|
|
Массы планет колеблются в пределах 5-10 миллионных масс, то есть самая маленькая планета в пять раз массивнее Юпитера. HR 8799 - это увеличенная версия нашей солнечной системы, в которой также есть четыре внешних ледяных и газовых гиганта, простирающихся от Юпитера до Нептуна.
|
|
|
|
Экстремальные расстояния, на которых эти планеты вращаются вокруг своей звезды, и их большие массы заставили астрономов усомниться в том, что эта система могла сформироваться в результате аккреции ядра. Действительно, первоначальные модели формирования планет, основанные на нашей солнечной системе, предсказывали, что планеты не успеют вырасти до таких больших масс, прежде чем сама звезда разрушит окружающий ее диск.
|
|
Использование возможностей JWST
|
|
|
|
Астрономы часто используют спектроскопию — световые волны, которые могут выявить физические свойства экзопланет и дать представление о том, как они образовались.
|
|
|
|
До JWST они использовали наземные телескопы для измерения количества воды и монооксида углерода на экзопланетах. Однако сегодня ученые пришли к пониманию того, что молекулы, содержащие углерод и кислород, не являются лучшими индикаторами формирования планет, поскольку невозможно определить их происхождение.
|
|
|
|
Они отказались от этих "летучих" молекул и перешли к более стабильным, называемым тугоплавкими. Тугоплавкие элементы, такие как сера, присутствуют только в твердых телах протопланетного диска, из которых формируются планеты. Наличие серы свидетельствует о том, что газовый гигант образовался в результате аккреции ядра.
|
|
|
|
"Благодаря своей беспрецедентной чувствительности JWST позволяет наиболее детально изучать атмосферы этих планет, давая нам ключ к пониманию путей их формирования. Благодаря обнаружению серы мы можем сделать вывод, что планеты HR 8799, вероятно, сформировались аналогично Юпитеру, несмотря на то, что они в пять-десять раз массивнее, что было неожиданно", - заявил Жан-Батист Руффио, научный сотрудник Калифорнийского университета в Сан-Диего и первый соавтор статьи.
|
|
|
|
HR 8799 - относительно молодая звездная система, возраст которой составляет около 30 миллионов лет (для справки, нашей Солнечной системе около 4,6 миллиарда лет). Поскольку планеты с возрастом имеют тенденцию остывать, молодые планеты ярче и их легче изучать с помощью спектроскопии.
|
|
|
|
JWST обладает спектрографом самого высокого разрешения, доступного в космосе, что позволяет исследователям наблюдать излучение экзопланет без загрязнения молекулами из атмосферы Земли.
|
|
|
|
Впервые астрономы смогли увидеть тонкие особенности ряда редких молекул в атмосферах трех внутренних газовых гигантов HR 8799, которые ранее были незаметны.
|
|
|
|
Однако это открытие далось нелегко. Эти планеты примерно в 10 000 раз слабее своей звезды, и спектрограф JWST изначально не был предназначен для таких сложных наблюдений.
|
|
|
|
Руффио, который руководил анализом, должен был разработать новые методы анализа данных, чтобы извлечь слабый сигнал и сделать это открытие возможным. Джерри Суан (Jerry Xuan), научный сотрудник 51 Pegasi b из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, создал подробные атмосферные модели, которые можно сравнить со спектрами JWST, чтобы определить, присутствует ли сера.
|
|
|
|
"Качество данных JWST поистине революционное, а существующие сетки атмосферных моделей просто неадекватны. Чтобы полностью понять, о чем говорят нам данные, я последовательно совершенствовал химию и физику в моделях", - сказал он.
|
|
|
|
"В конце концов, мы обнаружили на этих планетах несколько молекул — некоторые из них были обнаружены впервые, в том числе сероводород".
|
|
|
|
Команда обнаружила очень четкие свидетельства присутствия серы на третьей планете системы, HR 8799 c, хотя они полагают, что она, вероятно, присутствует на всех трех внутренних планетах. Они также обнаружили, что планеты были более богаты тяжелыми элементами, такими как углерод и кислород, чем их звезды, что является еще одним доказательством того, что они сформировались как планеты.
|
|
|
|
"Существует множество моделей формирования планет, которые следует учитывать. Я думаю, это показывает, что старые модели аккреции ядра устарели", - заявил профессор астрономии и астрофизики Калифорнийского университета в Сан-Диего Куинн Конопаки, еще один соавтор статьи. - А из более новых моделей мы рассматриваем те, в которых газовые гиганты могут образовывать твердые ядра действительно далеко от своей звезды".
|
|
|
|
Руффио говорит, что HR 8799 в некотором роде уникальна, поскольку на данный момент это единственная изображенная система с четырьмя массивными газовыми гигантами, но есть и другие известные системы с одним или двумя еще более крупными спутниками, образование которых остается неизвестным.
|
|
|
|
"Я думаю, вопрос в том, насколько большой может быть планета?" заявил он. "Может ли планета в 15, 20, 30 раз превышать массу Юпитера и при этом формироваться как планета? Где находится переход между образованием планет и образованием коричневых карликов?"
|
|
|
|
На данный момент работа продолжается, по одной звездной системе за раз.
|
|
|
|
Источник
|
