Сверхюпитеры бросают вызов пределам размеров планет

Фото из открытых источников

Наша Солнечная система является домом для огромного разнообразия планетных тел, насчитывая восемь планет, пять официально признанных карликовых планет и почти 1000 подтвержденных спутников. 

Восемь планет включают четыре каменистые (земные) планеты внутренней Солнечной системы и четыре газовых гиганта внешней Солнечной системы. Самая большая планета в нашей Солнечной системе — Юпитер, радиус и масса которого в 11 и 318 раз превышают массу Земли соответственно. Однако открытие экзопланет быстро изменило наше понимание размеров планет, поскольку было обнаружено несколько планет, масса и радиус которых в несколько раз превышают Юпитер. Итак, насколько большими могут быть планеты и существуют ли пределы их размеров?

Теперь группа ученых из США и Канады под руководством Калифорнийского университета в Сан-Диего, возможно, приблизилась на шаг к ответу на этот вопрос. В своем исследовании, недавно опубликованном в журнале Nature Astronomy, они изучили сложные геологические и геохимические процессы, ответственные за формирование газовых гигантов. Хотя давно существующие модели предполагают, что газовые гиганты образуются в результате накопления (аккреции) льда и горных пород, точные процессы изучены недостаточно.

Используя мощный космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST) НАСА, команда наблюдала три газовых гиганта-экзопланеты в системе HR 8799, расположенной примерно в 133 световых годах от Земли и содержащей в общей сложности четыре газовых гиганта-экзопланеты. Масса этих трех планет в 5-10 раз превышает массу Юпитера, и они вращаются вокруг своей звезды на расстоянии от 15 до 70 астрономических единиц (а.е.). Для сравнения, 1 а.е. — это расстояние от Солнца до Земли, а Юпитер вращается на расстоянии чуть более 5 а.е. от нашего Солнца. Мощные приборы JWST проанализировали их атмосферы, чтобы определить их химический и молекулярный состав с целью лучшего понимания процессов их формирования.

В итоге исследователи подтвердили обнаружение воды, оксида углерода, диоксида углерода, метана, молекул, содержащих серу, а также других молекул, содержащих кислород и углерод. Исследователи пришли к выводу, что это указывает на то, что планеты содержат более тяжелые элементы, чем их звезда, что свидетельствует о наличии кислорода и углерода, и что процессы их формирования были схожи с процессами формирования Юпитера и Сатурна. Команда отмечает, что это указывает на гораздо более широкий диапазон размеров и составов планет, что ставит под сомнение давно существующие модели формирования и эволюции планет.

«Существует множество моделей формирования планет, которые следует рассмотреть», — сказал соавтор исследования профессор Куинн Конопаки из Калифорнийского университета в Сан-Диего. «Я думаю, это показывает, что старые модели аккреции ядра устарели. А из новых моделей мы рассматриваем те, в которых газовые гиганты могут формировать твердые ядра на очень большом расстоянии от своей звезды. Я думаю, вопрос в том, насколько большой может быть планета? Может ли планета быть в 15, 20, 30 раз больше массы Юпитера и при этом сформироваться как планета? Где проходит граница между формированием планеты и формированием коричневого карлика?»

Обнаруженная в этих экзопланетах сера недавно привлекла внимание общественности благодаря этому же исследованию, поскольку это первое обнаружение серы в экзопланетах. Это подтверждение наличия серы помогло астрономам подтвердить, что четыре экзопланеты в системе HR 8799 на самом деле являются планетами, а не коричневыми карликами, которые известны как субзвездные объекты, никогда не ставшие звездами и обычно намного крупнее Юпитера. Оба открытия из одного и того же исследования демонстрируют, как наука может убить двух зайцев одним выстрелом, помогая ученым глубже понять процессы формирования и эволюции планет и предоставляя ограничения для поиска жизни за пределами Земли.