Астрономы получили новые данные о формировании самых массивных планет во Вселенной — так называемых сверхгигантских экзопланет. Наблюдения, выполненные с помощью James Webb Space Telescope, показали, что даже объекты, многократно превосходящие Юпитер по массе, могут возникать не так, как считалось ранее.
Результаты исследования ставят под сомнение традиционное разделение между планетами и «несостоявшимися звёздами».
Что такое сверхгигантские экзопланеты
Сверхгигантские экзопланеты — это газовые гиганты, масса которых значительно превышает массу Юпитера.
Ключевые характеристики:
- масса может достигать 10–15 масс Юпитера;
- состоят преимущественно из водорода и гелия;
- часто находятся на больших расстояниях от своих звёзд.
Такие объекты занимают промежуточное положение между планетами и коричневыми карликами — телами, которые близки к звёздам, но не способны поддерживать термоядерный синтез.
Два классических сценария формирования
До недавнего времени существовали две основные модели формирования гигантских планет:
1. Аккреция ядра (bottom-up)
- формируется твёрдое ядро из пыли и льда;
- затем оно притягивает газ из протопланетного диска;
- процесс постепенный и длительный.
2. Гравитационный коллапс (top-down)
- участок газового облака быстро сжимается под действием гравитации;
- объект формируется почти мгновенно;
- механизм аналогичен рождению звёзд.
Считалось, что самые массивные планеты формируются именно вторым способом.
Новый объект, изменивший представления
Объект 29 Cygni b стал ключом к пересмотру теории.
Его параметры:
- масса — около 15 масс Юпитера;
- расстояние до Земли — примерно 133 световых года;
- орбита — на расстоянии, сравнимом с орбитой Урана.
Такие характеристики ранее считались типичными для объектов, формирующихся как звёзды.
Что показали наблюдения James Webb
Анализ атмосферы и орбитальных параметров дал неожиданные результаты:
- планета содержит большое количество тяжёлых элементов («металлов»);
- их концентрация выше, чем у родительской звезды;
- орбита согласована с вращением звезды.
Эти признаки указывают на формирование внутри протопланетного диска, а не при коллапсе газового облака.
Почему это противоречит старым моделям
Согласно прежним представлениям:
- объекты такой массы не успевают сформироваться через аккрецию ядра;
- на больших расстояниях от звезды слишком мало материала;
- процесс должен быть слишком медленным.
Однако новые данные показывают, что:
- даже массивные планеты могут формироваться постепенно;
- процесс аккреции работает на гораздо больших масштабах;
- протопланетные диски способны содержать больше вещества, чем считалось.
Дополнительные химические свидетельства
Ранее аналогичные результаты были получены при изучении других систем.
Например:
- обнаружение серы и других «тяжёлых» элементов в атмосферах гигантов;
- повышенное содержание углерода и кислорода;
- химия, характерная для планет, а не звёзд.
Такие элементы формируются в твёрдой фазе, что напрямую связано с аккрецией твёрдого ядра.
Что это говорит о формировании планет
Новые данные указывают на расширение возможностей модели аккреции:
- планеты могут формироваться дальше от звезды;
- возможен рост до значительно больших масс;
- граница между планетами и коричневыми карликами становится размыта.
Это означает, что природа планетных систем может быть гораздо разнообразнее, чем предполагалось.
Почему орбита имеет значение
Орбитальные характеристики 29 Cygni b также играют ключевую роль:
- движение совпадает с направлением вращения звезды;
- орбита стабильна и вписывается в структуру диска;
- отсутствуют признаки хаотического формирования.
Это ещё одно подтверждение «дискового» происхождения объекта.
Значение открытия для астрономии
Результаты исследования имеют несколько последствий:
- пересмотр критериев различия между планетами и субзвёздными объектами;
- уточнение моделей формирования планетных систем;
- расширение диапазона возможных условий образования планет.
Также это влияет на поиск экзопланет, поскольку:
- массивные объекты могут встречаться чаще;
- их происхождение сложнее, чем считалось ранее.
Ограничения и дальнейшие исследования
Несмотря на важность открытия, остаются вопросы:
- насколько распространён такой механизм;
- при каких условиях он работает;
- существует ли верхний предел массы для планетного формирования.
Для ответа необходимы:
- дополнительные наблюдения других систем;
- уточнение химических моделей;
- дальнейшие данные от телескопа James Webb.
Итог
Наблюдения показали, что сверхгигантские экзопланеты, такие как 29 Cygni b, могут формироваться тем же способом, что и более компактные планеты — через постепенное накопление вещества в протопланетном диске.
Это открытие меняет представления о формировании планет и размывает границу между планетами и звёздоподобными объектами, демонстрируя, что даже самые массивные миры могут возникать «снизу вверх».
Источники:
Статья создана по материалам Space.com
