Загадочные гиганты: как рождаются планеты-монстры

Астрономы, возможно, только что пересмотрели верхний предел размеров для того, что считается планетой, благодаря новым данным о формировании гигантских миров.

Наблюдения с космического телескопа NASA «Джеймс Уэбб» (JWST) показывают, что даже невероятно массивные газовые гиганты — когда-то считавшиеся слишком большими для формирования по стандартному сценарию — могут расти благодаря тому же базовому процессу. Это меняет представления учёных о границе между планетами-гигантами и коричневыми карликами.

Открытие было сделано при детальном изучении системы HR 8799, молодой солнцеподобной звезды в 133 световых годах от Земли. Вокруг неё вращаются четыре колоссальных газовых гиганта на большом расстоянии от звезды. Каждая из этих планет в 5–10 раз массивнее Юпитера, что помещает их в загадочную переходную зону между планетами и коричневыми карликами — «неудавшимися звёздами», которые способны к термоядерному горению лишь дейтерия, но не водорода.

Разгадка давнего спора

Годами астрономы спорили, могут ли столь массивные планеты сформироваться путём аккреции ядра — медленного процесса, при котором твёрдые частицы слипаются, образуя плотное ядро, которое затем притягивает огромные объёмы газа. На огромных орбитальных расстояниях, где материал протопланетного диска разрежен и быстро рассеивается, многие исследователи полагали, что у этого механизма просто не хватит времени, чтобы создать такие гиганты.

Чтобы проверить эту гипотезу, команда использовала мощные инфракрасные спектрографы JWST для анализа химического состава атмосфер планет. Вместо поиска обычных газов, таких как водяной пар или монооксид углерода, учёные сосредоточились на соединениях серы. Этот элемент обычно изначально присутствует в виде твёрдых зёрен в молодом протопланетном диске, и его обнаружение в атмосфере стало бы ключевым свидетельством формирования планеты через аккрецию ядра.

Сера как ключевое доказательство

Спектральные данные «Уэбба» выявили сероводород в атмосфере планеты HR 8799 c, одного из внутренних гигантов системы. Это стало весомым доказательством того, что планета сначала сформировала твёрдое ядро, а затем стремительно нарастила газовую оболочку. Подобный химический отпечаток крайне сложно объяснить, если бы планета родилась в результате быстрого, подобного звёздному, гравитационного коллапса газа. Команда также обнаружила, что планеты обогащены тяжёлыми элементами, такими как углерод и кислород, сильнее, чем их родная звезда, что дополнительно подтверждает их планетарное происхождение.

«Обнаружив серу, мы смогли сделать вывод, что планеты системы HR 8799, вероятно, сформировались аналогично Юпитеру, несмотря на то что они в пять-десять раз массивнее. Это стало неожиданностью», — заявил ведущий автор исследования Жан-Батист Руффио.

Таким образом, исследование предполагает, что механизм аккреции ядра может эффективно работать даже при экстремальных массах и расстояниях, расширяя известные пределы процесса планетообразования. Если эти выводы подтвердятся в других системах, астрономам придётся пересмотреть, где и как проходит граница между гигантскими планетами и коричневыми карликами.

Результаты исследования были опубликованы 9 февраля в журнале Nature Astronomy. Это открытие не только стирает чёткие границы в классификации небесных тел, но и открывает новую главу в понимании того, насколько разнообразными и неожиданными могут быть пути эволюции планетарных систем во Вселенной.