Возможно, они вовсе не планеты.
Хотя бы не в том виде, в каком мы привыкли их представлять.
Космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST) раскрывает тайны системы HR 8799 и обнаруживает там картину, далёкую от идеальной. Огромные миры, масса которых в пять–десять раз превышает массу Юпитера, дрейфуют во внешних холодных областях системы.
Классические теории заявляли, что подобное не должно происходить.
Дебаты о формировании
Как рождается монстр вроде Юпитера?
Учёные разделились на два лагеря. Одна сторона отстаивает теорию аккреции ядра: каменные и ледяные фрагменты постепенно собирают пыль в протопланетном диске, пока их гравитация не станет достаточно мощной, чтобы начать захватывать газ. Этот процесс медленный, постепенный и хаотичный.
Другая сторона делает ставку на гравитационную нестабильность. Часть диска коллапсирует сама в себя. Этот процесс быстрый, хаотичный и больше напоминает рождение звёзд, а не планет.
Бурые карлики занимают серую зону между этими двумя сценариями.
Мы называем их «неудавшимися звёздами». Они слишком лёгкие, чтобы запустить термоядерную реакцию синтеза водорода, но планетами их тоже не назовёшь. Граница всегда была размыта.
Всё сводится к массе. Звёзды синтезируют водород. Бурые карлики синтезируют дейтерий (и то лишь на короткое время). Газовые гиганты ничего не синтезируют. Они просто существуют и медленно остывают.
Но где именно провести эту черту? При 13 массах Юпитера? При 80?
Астрономы спорят об этом десятилетиями.
Система HR 8799 разрушила их модели. Четыре её планеты вращаются на огромном удалении от своей звезды — в 15–70 раз дальше, чем Земля от Солнца. Теория аккреции ядра утверждала, что планеты на таком удалении не могут сформироваться. Не хватало времени. Газовый диск должен был быть рассеян молодой звездой задолго до того, как такие гиганты успели бы накопить достаточную массу.
Анализ атмосфер
Поэтому команда из Калифорнийского университета в Сан-Диего (UC San Diego) поискала подсказки в атмосферах этих объектов.
Спектроскопия. Анализ света.
До появления «Уэбба» наземные телескопы изучали воду и угарный газ. Это были подходящие маркеры, но их происхождение оставалось неоднозначным. Нельзя было сказать, сформировались ли эти молекулы вместе с планетой или прибыли в её атмосферу извне.
Команда сменила цель исследования. Они обратили внимание на серу.
Сера — это тугоплавкий элемент. В горячих условиях протопланетного диска она остаётся в твёрдом состоянии. Если в атмосфере газового гиганта обнаруживается сера, значит, эта планета, скорее всего, «сгустила» твёрдое ядро. Это прямо указывает на механизм аккреции ядра.
Не на гравитационный коллапс.
Жан-Батист Руффьо из Калифорнийского университета в Сан-Диего не просто наблюдал за объектами; ему пришлось изобрести новые методы анализа. Планеты были в 10 миллионов раз тусклее своей родительской звезды. Уровень помех был оглушительным. Он отфильтровал их.
Что они обнаружили?
Сероводород.
А также множество тяжёлых элементов — углерод, кислород, серу. Эти планеты «обогащены». Они содержат больше металлов, чем их родительская звезда. Звёзды так не работают. Бурые карлики, формирующиеся из коллапсирующих облаков подобно звёздам, как правило, зеркально отражают химический состав своих прародителей. Эти объекты — нет.
Они построили себя сами.
«Система HR 8799, вероятно, сформировалась аналогично Юпитеру, несмотря на то, что её планеты в 5–10 раз массивнее» — Жан-Батист Руффьо
Разрушение ограничений
Старые учебники подлежат пересмотру.
Или даже полному уничтожению.
Квин Конопакки, профессор астрономии, участвовавший в исследовании, выразился прямо:
Старые модели? Устарели.
Мы имеем дело с новыми концепциями, согласно которым массивные планеты формируют твёрдые ядра на невероятном удалении от родительской звезды. Это полностью меняет географию планетообразования.
Всё это имеет смысл, если помнить, что системе HR 8799 всего 30 миллионов лет. Она — младенец по сравнению с нашей 4,6-миллиардолетней Солнечной системой. Тепло от процесса формирования всё ещё излучается.
Но вопросы остаются.
Вот неприятная правда.
Это массивные объекты. Кандидаты в экзопланеты с наибольшей массой находятся в странной «ничейной зоне».
Что такое планета?
Может ли планета иметь массу 20 Юпитеров? Или 30?
В какой-то момент масса становится настолько большой, что различие между «планетой, сформированной аккрецией» и «звездой-неудачницей, сформированной коллапсом» стирается. Мы пока не знаем, где именно происходит этот переключатель.
Система HR 8799 доказала, что гигантские планеты могут формироваться путём аккреции ядра в далёких тёмных пригородах галактики.
Это оставляет верхний предел массы полностью открытым.
Мы нашли один ответ. Но он породил новый, более масштабный и тихий вопрос.
