Газовые гиганты у далекой звезды разрушили представления о рождении планет

Ученые из Калифорнийского университета в Сан-Диего использовали данные космического телескопа им. Джеймса Уэбба для исследования системы HR 8799, что позволило получить неожиданный ответ на вопрос о том, как формируются газовые гиганты. Результаты опубликованы в журнале Nature Astronomy.

Система HR 8799 находится в 133 световых годах от Земли в созвездии Пегаса и состоит из звезды и четырех газовых гигантов. Массы этих планет в пять-десять раз превышают массу Юпитера, и они вращаются вокруг своей звезды на расстояниях от 15 до 70 астрономических единиц. Это означает, что ближайшая планета находится в 15 раз дальше от своей звезды, чем Земля от Солнца.

Планеты в этой системе по своим размерам и расстояниям от звезды ставят под сомнение традиционные теории формирования газовых гигантов. Ранее астрономы предполагали, что такие планеты должны были образовываться путем аккреции ядра — постепенного роста твердого ядра, которое затем притягивает газ из окружающего диска. Однако в системах, как HR 8799, между планетами слишком большие расстояния и массы, чтобы сформироваться таким образом. Диск вокруг звезды не успел бы «накормить» планету до того, как звезда разрушила бы его.

С помощью «Уэбба» авторы изучили атмосферу планет. Метод позволяет измерять свет, проходящий через атмосферу планет, и выделить химические элементы, присутствующие в их атмосферах. 

Сера как ключ

Один из ключевых факторов, который помог астрономам сделать выводы о процессе формирования этих планет, — наличие серы в атмосфере. Сера — тугоплавкий элемент, который встречается только в твердых веществах протопланетного диска. Ее наличие указывает на то, что планеты в системе HR 8799 сформировались через аккрецию ядра, как и Юпитер, несмотря на их большие размеры.

«Телескоп дал нам уникальную возможность исследовать детали атмосферы экзопланет с небывалой точностью. Мы обнаружили, что планеты в системе HR 8799, несмотря на их массу, вероятно, сформировались так же, как и Юпитер», — сообщил Жан-Батист Руффио, ведущий автор исследования.

Система HR 8799 относительно молода — возраст ее составляет около 30 миллионов лет, что делает планеты яркими и легкими для изучения. Команда также обнаружила, что планеты в этой системе обогащены тяжелыми элементами, такими как углерод и кислород. Это еще одно подтверждение того, что они сформировались как полноценные планеты, а не коричневые карлики — по типу звезд.

Работа, таким образом, показала, что старые модели аккреции ядра при формировании планет рядом со звездами, устарели. 

Система HR 8799 уникальна тем, что на данный момент это единственная звездная система с четырьмя массивными газовыми гигантами, чье происхождение удалось изучить так детально.