Как возникают газовые гиганты, подобные Юпитеру
Астрономы из Мичиганского университета в составе международной группы использовали телескоп Джеймс Уэбб для изучения системы HR 8799, в которой найдено 4 гигантских планеты. Исследователи проанализировали химический состав атмосфер трех планет-гигантов и доказали, что они сформировались путем аккреции ядра или снизу-вверх: при этом процессе планета растет, как снежный ком, постепенно облепляясь пылью и газом.
Иллюстрация системы HR 8799 с тремя газовыми гигантами, которые, по мнению астрономов, сформировались в результате того же процесса аккреции ядра, что и Юпитер в нашей солнечной системе. Jean‑Baptiste Ruffio (UCSD)
Что такое аккреция ядра или метод снизу-вверх. Этот процесс можно сравнить со сооружением снежной бабы: сначала вы лепите небольшой плотный снежок, а потом катаете его по мокрому снегу: снег прилипает, и снежок постепенно растет. В космосе роль «снежка-затравки» играет твердое ядро из камня и льда. Когда его масса достигает критического значения (примерно 10 масс Земли), его гравитация становится настолько сильной, что оно начинает стремительно захватывать газ из окружающего пространства, превращаясь в газовый гигант. Есть и другая возможность — сверху-вниз. Это — гравитационный коллапс. Этот процесс больше похож на внезапное сгущение тумана в каплю. Новое исследование подтвердило, что даже «сверхтяжеловесы» — планеты с массой в десять Юпитеров — предпочитают первый, более долгий, но более надежный путь развития.
Вопрос о происхождении массивных экзопланет, которые находятся далеко от своих звезд, долгое время оставался предметом споров. Существовало две основные гипотезы: либо они растут постепенно, начиная с твердого скалистого ядра, которое затем притягивает газ, либо возникают мгновенно из-за гравитационной нестабильности в газопылевом диске, подобно коричневым карликам.
Изучение системы HR 8799, расположенной в 130 световых годах от Земли, позволило поставить точку в этой дискуссии. Анализ спектральных данных показал, что атмосферы этих миров обогащены тяжелыми элементами, такими как углерод и кислород. Это прямое свидетельство процесса снизу-вверх. Этот тип формирования, характерен, например, для планет нашей Солнечной системы, включая Юпитер. Работа опубликована в журнале Nature Astronomy.
Изображение планет HR 8799 b, HR 8799 c и HR 8799 d, полученное телескопом Хейла. Четвертая планета HR 8799 d на снимок не попала.
Майкл Мейер, профессор астрономии и соавтор работы, подчеркивает значимость открытия: «Эмпирический ответ получен. Эти газовые гиганты образовались путем аккреции ядра».
Использование прибора NIRSpec телескопа Джеймс Уэбб позволило ученым обнаружить молекулы, которые ранее не фиксировались в таких системах. В частности, на планете HR 8799 c был найден сероводород, что стало важным маркером для понимания условий, в которых зарождались эти небесные тела. Хотя исследуемые объекты в пять-десять раз массивнее Юпитера, механизм их появления оказался совершенно аналогичным.
Все четыре планеты системы HR 8799.
Несмотря на подтверждение классической модели, новые данные преподнесли сюрприз. Планеты системы HR 8799 находятся далеко от родительской звезды — в 14 и более астрономических единицах. Но концентрация тяжелых элементов в изученных гигантах оказалась настолько высокой, что это поставило ученых в тупик. Согласно текущим представлениям, процесс накопления вещества не должен быть настолько эффективным на таких огромных расстояниях от центральной звезды.
Различия в содержании серы между тремя планетами одной системы также указывают на то, что индивидуальные условия развития могут сильно варьироваться. Теперь астрономам предстоит выяснить, где проходит граница между планетой и коричневым карликом и почему природа создает самые легкие звезды и самые тяжелые планеты настолько по-разному.
Иллюстрация системы HR 8799 с тремя газовыми гигантами, которые, по мнению астрономов, сформировались в результате того же процесса аккреции ядра, что и Юпитер в нашей солнечной системе. Jean‑Baptiste Ruffio (UCSD)
Что такое аккреция ядра или метод снизу-вверх. Этот процесс можно сравнить со сооружением снежной бабы: сначала вы лепите небольшой плотный снежок, а потом катаете его по мокрому снегу: снег прилипает, и снежок постепенно растет. В космосе роль «снежка-затравки» играет твердое ядро из камня и льда. Когда его масса достигает критического значения (примерно 10 масс Земли), его гравитация становится настолько сильной, что оно начинает стремительно захватывать газ из окружающего пространства, превращаясь в газовый гигант. Есть и другая возможность — сверху-вниз. Это — гравитационный коллапс. Этот процесс больше похож на внезапное сгущение тумана в каплю. Новое исследование подтвердило, что даже «сверхтяжеловесы» — планеты с массой в десять Юпитеров — предпочитают первый, более долгий, но более надежный путь развития.
Вопрос о происхождении массивных экзопланет, которые находятся далеко от своих звезд, долгое время оставался предметом споров. Существовало две основные гипотезы: либо они растут постепенно, начиная с твердого скалистого ядра, которое затем притягивает газ, либо возникают мгновенно из-за гравитационной нестабильности в газопылевом диске, подобно коричневым карликам.
Изучение системы HR 8799, расположенной в 130 световых годах от Земли, позволило поставить точку в этой дискуссии. Анализ спектральных данных показал, что атмосферы этих миров обогащены тяжелыми элементами, такими как углерод и кислород. Это прямое свидетельство процесса снизу-вверх. Этот тип формирования, характерен, например, для планет нашей Солнечной системы, включая Юпитер. Работа опубликована в журнале Nature Astronomy.
Изображение планет HR 8799 b, HR 8799 c и HR 8799 d, полученное телескопом Хейла. Четвертая планета HR 8799 d на снимок не попала.
Майкл Мейер, профессор астрономии и соавтор работы, подчеркивает значимость открытия: «Эмпирический ответ получен. Эти газовые гиганты образовались путем аккреции ядра».
Использование прибора NIRSpec телескопа Джеймс Уэбб позволило ученым обнаружить молекулы, которые ранее не фиксировались в таких системах. В частности, на планете HR 8799 c был найден сероводород, что стало важным маркером для понимания условий, в которых зарождались эти небесные тела. Хотя исследуемые объекты в пять-десять раз массивнее Юпитера, механизм их появления оказался совершенно аналогичным.
Гле проходит граница между звездой и планетой
Все четыре планеты системы HR 8799.
Несмотря на подтверждение классической модели, новые данные преподнесли сюрприз. Планеты системы HR 8799 находятся далеко от родительской звезды — в 14 и более астрономических единицах. Но концентрация тяжелых элементов в изученных гигантах оказалась настолько высокой, что это поставило ученых в тупик. Согласно текущим представлениям, процесс накопления вещества не должен быть настолько эффективным на таких огромных расстояниях от центральной звезды.
Различия в содержании серы между тремя планетами одной системы также указывают на то, что индивидуальные условия развития могут сильно варьироваться. Теперь астрономам предстоит выяснить, где проходит граница между планетой и коричневым карликом и почему природа создает самые легкие звезды и самые тяжелые планеты настолько по-разному.
Только зарегистрированные и авторизованные пользователи могут оставлять комментарии.
