Астрономы озадачены существованием массивных газовых гигантов, вращающихся вокруг далёких звёзд – планет настолько больших и удалённых, что они противоречат общепринятым представлениям о том, как формируются планеты. Новые исследования, основанные на данных космического телескопа «Джеймс Уэбб» (JWST), сосредоточены на трёх таких «супер-Юпитерах», расположенных в 130 световых годах от нас, и выявили атмосферный состав, который ставит под сомнение существующие теории.
Загадка Далёких Гигантов
Планеты в вопросе вращаются вокруг HR 8799, звезды в созвездии Пегаса, и их масса варьируется от 5 до 10 масс Юпитера. Их орбиты также необычайно широкие, простирающиеся от 15 до 70 астрономических единиц (а.е.) – то есть, они в 15–70 раз дальше от своей звезды, чем Земля от Солнца.
Стандартная модель формирования газовых гигантов, аккреция ядра, предполагает, что планеты растут из твёрдых комков в протопланетном диске, постепенно накапливая газ. На таких огромных расстояниях этот процесс должен быть слишком медленным: диски рассеиваются до того, как эти миры смогут набрать достаточную массу. Альтернативный вариант, гравитационный коллапс (как формируются коричневые карлики), требует иных условий.
JWST Обнаруживает Серосодержащие Соединения
Чтобы различить эти сценарии, исследовательская группа проанализировала атмосферы трёх ближайших планет HR 8799, ища серу – элемент, заключённый в твёрдых зернах во время формирования планет. Обнаружение серы указывало бы на аккрецию твёрдых материалов.
Высокая чувствительность JWST позволила исследователям выделить слабые сигналы планет из слепящего света звезды, выявив убедительные доказательства наличия сероводорода на планетах HR 8799 c и d, с аналогичным обогащением серой на всех трёх планетах. Это позволяет предположить, что планеты сформировались подобно Юпитеру, несмотря на свою значительно большую массу.
Неожиданная Эффективность
Открытие удивительно, поскольку планеты демонстрируют высокие уровни тяжёлых элементов (углерода, кислорода и серы) по сравнению со своей звездой, что говорит о необычайно эффективном включении твёрдых материалов.
«Не существует способа, которым формирование планет могло быть настолько эффективным», – отмечает астроном Майкл Майер, подчеркивая эту дилемму. Данные позволяют предположить, что эти планеты сформировались быстро, вопреки ожиданиям для далёких и холодных сред.
Последствия и Будущие Исследования
Полученные результаты ставят под сомнение пределы аккреции ядра и возможность того, что гравитационный коллапс играет более значительную роль в формировании массивных далёких газовых гигантов, чем считалось ранее. Необходимы дальнейшие исследования других систем, чтобы определить, представляет ли HR 8799 аномалию или распространённое явление.
«Это головоломка. Мы действительно остались перед загадкой», – заключает Майер, подчёркивая необходимость дальнейших исследований, чтобы разгадать формирование этих колоссальных экзопланет.
