Можливо вони зовсім не планети.
Хоча б не в тому вигляді, як ми звикли їх представляти.
Космічний телескоп Джеймса Вебба (JWST) розкриває таємниці системи HR 8799 та виявляє там картину, далеку від ідеальної. Величезні світи, маса яких у п’ять-десять разів перевищує масу Юпітера, дрейфують у зовнішніх холодних областях системи.
Класичні теорії заявляли, що таке не має відбуватися.
Дебати про формування
Як народжується монстр на кшталт Юпітера?
Вчені розділилися на два табори. Одна сторона відстоює теорію акреції ядра: кам’яні та крижані фрагменти поступово збирають пил у протопланетному диску, поки їхня гравітація не стане достатньо потужною, щоб почати захоплювати газ. Цей процес повільний, поступовий та хаотичний.
Інша сторона робить ставку на гравітаційну нестабільність. Частина диска колапсує сама в собі. Цей процес швидкий, хаотичний і більше нагадує народження зірок, а чи не планет.
Бурі карлики займають сіру зону між цими двома сценаріями.
Ми називаємо їх «зірками, що невдалими». Вони надто легкі, щоб запустити термоядерну реакцію синтезу водню, але їх планетами теж не назвеш. Кордон завжди був розмитий.
Все зводиться до маси. Зірки синтезують водень. Бурі карлики синтезують дейтерій (і то лише на короткий час). Газові гіганти нічого не синтезують. Вони просто існують і повільно остигають.
Але де саме провести цю межу? За 13 мас Юпітера? За 80?
Астрономи сперечаються про це десятиліттями.
Система HR 8799 зруйнувала їхні моделі. Чотири її планети обертаються на великій відстані від своєї зірки — в 15–70 разів далі, ніж Земля від Сонця. Теорія акреції ядра стверджувала, що планети на такому видаленні не можуть сформуватися. Бракувало часу. Газовий диск мав бути розсіяний молодою зіркою задовго до того, як такі гіганти встигли накопичити достатню масу.
Аналіз атмосфер
Тому команда з Каліфорнійського університету до Сан-Дієго (UC San Diego) пошукала підказки в атмосферах цих об’єктів.
Спектроскопія. Аналіз світла.
До появи «Вебба» наземні телескопи вивчали воду та чадний газ. Це були відповідні маркери, але їхнє походження залишалося неоднозначним. Не можна було сказати, сформувалися ці молекули разом із планетою чи прибутку на її атмосферу ззовні.
Команда змінила мету дослідження. Вони звернули увагу на сірку.
Сірка – це тугоплавкий елемент. У гарячих умовах протопланетного диска вона залишається у твердому стані. Якщо в атмосфері газового гіганта виявляється сірка, то ця планета, швидше за все, «згустила» тверде ядро. Це прямо вказує на механізм акреції ядра.
Ні на гравітаційний колапс.
Жан-Батіст Руффьо з Каліфорнійського університету до Сан-Дієго не просто спостерігав за об’єктами; йому довелося винайти нові методи аналізу. Планети були в 10 мільйонів разів тьмяніші за свою батьківську зірку. Рівень перешкод був приголомшливим. Він відфільтрував їх.
Що вони виявили?
Сірководень.
А також безліч важких елементів – вуглець, кисень, сірку. Ці планети “збагачені”. Вони містять більше металів, ніж їхня батьківська зірка. Зірки так не працюють. Бурі карлики, що формуються з хмар, що колапсують, подібно до зірок, як правило, дзеркально відображають хімічний склад своїх прабатьків. Ці об’єкти – ні.
Вони збудували себе самі.
«Система HR 8799, ймовірно, сформувалася аналогічно Юпітеру, незважаючи на те, що її планети в 5–10 разів масивніші» — Жан-Батіст Руффьо
Руйнування обмежень
Старі підручники підлягають перегляду.
Або навіть повного знищення.
Квін Конопаккі, професор астрономії, який брав участь у дослідженні, висловився прямо:
Старі моделі? Застаріли.
Ми маємо справу з новими концепціями, згідно з якими масивні планети формують тверді ядра на неймовірній відстані від батьківської зірки. Це повністю змінює географію планетоутворення.
Все це має сенс, якщо пам’ятати, що системі HR 8799 лише 30 мільйонів років. Вона – немовля в порівнянні з нашою 4,6-мільярдрічною Сонячною системою. Тепло від процесу формування все ще випромінюється.
Але питання залишаються.
Ось неприємна правда.
Це потужні об’єкти. Кандидати в екзопланети з найбільшою масою перебувають у дивній «нічийній зоні».
Що таке планета?
Чи може планета мати масу 20 Юпітерів? Чи 30?
У якийсь момент маса стає настільки великою, що різницю між «планетою, сформованою акрецією» і «зіркою-невдахою, сформованою колапсом» стирається. Ми поки що не знаємо, де саме відбувається цей перемикач.
Система HR 8799 довела, що гігантські планети можуть формуватися шляхом акреції ядра в далеких темних передмістях галактики.
Це залишає верхню межу маси повністю відкритим.
Ми знайшли одну відповідь. Але він породив нове, більш масштабне та тихе питання.
