Астрономы используют космический телескоп «Джеймс Уэбб» (JWST) для исследования космической загадки: как формируются массивные газовые гиганты и где именно проходит грань, отделяющая планету от звезды?
Последние наблюдения за далеким миром, известным как 29 Cygni b, предоставляют критически важные доказательства, которые могут пересмотреть наши представления о рождении планет.
Загадка планеты-«супергиганта»
Находясь в 133 световых годах от Земли, 29 Cygni b представляет собой массивный газовый гигант, масса которого примерно в 15 раз превышает массу Юпитера. Из-за своих колоссальных размеров эта планета находится на стыке научных теорий. Традиционно астрономы разделяют процессы формирования планет на два метода:
- Формирование «снизу вверх»: небольшие сгустки камня и льда постепенно сталкиваются и сливаются, образуя планету. Именно так сформировалось большинство планет в нашей Солнечной системе.
- Формирование «сверху вниз»: плотные участки газа и пыли коллапсируют под действием собственной гравитации — это тот же процесс, который порождает звезды.
Сложность для ученых заключается в том, что процесс «снизу вверх» с трудом объясняет, как планета может вырасти до таких масштабов, в то время как процесс «сверху вниз» обычно относится к гораздо более крупным небесным телам. 29 Cygni b не поддается простой классификации.
Доказательства происхождения «снизу вверх»
Хотя огромный вес планеты наводит на мысль, что она могла сформироваться подобно звезде (сверху вниз), её орбитальные характеристики говорят об обратном. 29 Cygni b вращается вокруг своей родительской звезды на расстоянии примерно 1,5 миллиарда миль — это сопоставимо с расстоянием до Урана в нашей Солнечной системе. Такая широкая орбита является характерным признаком метода «снизу вверх».
Используя камеру ближнего инфракрасного диапазона (NIRCam) телескопа JWST, исследователи обнаружили два ключевых доказательства, подтверждающих эту теорию:
- «Металлическая» атмосфера: Анализируя, как углекислый газ и монооксид углерода поглощают свет, астрономы измерили содержание «металлов» (элементов тяжелее гелия) в атмосфере планеты. Они обнаружили, что 29 Cygni b в 150 раз богаче металлами, чем Земля, и значительно богаче ими, чем её родительская звезда. Это позволяет предположить, что планета росла, «жадно» поглощая богатые металлами сгустки вещества из окружающего её протопланетного диска.
- Орбитальное выравнивание: Команда обнаружила, что орбита планеты совпадает с вращением её родительской звезды. Такое выравнивание убедительно указывает на то, что планета сформировалась внутри протопланетного диска — вращающегося кольца пыли и газа вокруг молодой звезды, — а не в результате независимого коллапса отдельного облака.
Почему это важно
Это открытие имеет огромное значение, так как оно указывает на то, что метод «снизу вверх» гораздо мощнее, чем считалось ранее. Если планета способна накопить достаточно тяжелого материала из своего диска, она потенциально может достичь размеров супергиганта, не проходя через процесс прямого гравитационного коллапса, характерный для звезд.
В настоящее время исследовательская группа участвует в более масштабной программе по получению изображений четырех подобных экзопланет. Все эти миры относительно молоды, горячи и обладают массой от 1 до 15 масс Юпитера.
Изучая эти миры «промежуточного типа», ученые надеются наконец определить, рождаются ли самые массивные планеты в Млечном Пути подобно звездам или же они являются просто гораздо более крупными версиями планет, которые мы видим в нашем собственном космическом окружении.
Заключение
Результаты исследования 29 Cygni b позволяют предположить, что массивные газовые гиганты могут формироваться путем постепенного накопления богатого металлами материала внутри протопланетного диска. Это открытие становится важным связующим звеном в понимании сложного спектра процессов рождения небесных тел.
