Странная планета вращается вокруг своей оси в 6 раз быстрее, чем её соседка 

Фото из открытых источников

Планеты-гиганты могут вращаться быстрее, чем их более массивные коричневые карлики-компаньоны, что подтверждает предсказание, сделанное несколько десятилетий назад. Разделение указывает на то, что вращение содержит ключи к пониманию того, как сформировались эти миры, углубляя тайну того, где заканчиваются планеты и начинаются коричневые карлики.

В обсерватории им. У.М. Кека (KPIC) на Мауна-Кеа астрономы выделили свет от 32 слабых объектов и наблюдали, как вращение расширяет их спектральные характеристики. В рамках сотрудничества с Северо-Западным университетом и его исследовательским центром CIERA Дино Чи-Чун Сюй показал, что маломассивные гиганты обладают необычайно высокой скоростью вращения. Исследование опубликовано в The Astronomical Journal.

Даже с учетом возраста и размера, более легкие планеты все равно превосходили по массе более тяжелые планеты-аналоги, поэтому разрыв нельзя было полностью устранить. Эта закономерность указывает не только на ярлыки, но и на происхождение, именно поэтому одна известная система сейчас имеет такой большой вес.

Внутри HR 8799 находилась планета, масса которой примерно в семь раз превышала массу Юпитера, и она вращалась в шесть раз быстрее, чем коричневый карлик, масса которого примерно в 24 раза превышала массу Юпитера. Вероятно, в процессе формирования более тяжелый объект обладал более сильным магнитным полем, которое сильнее сжимало окружающий газ и отдавало больше энергии вращения.

Этот контраст превратил одну систему в чистый тест, поскольку оба объекта развивались в примерно одинаковых локальных условиях. Полученные результаты показывают, что одной лишь массы недостаточно для полного понимания ситуации, смещая акцент на то, как сформировались эти миры и как они связаны со своими родительскими звездами.

Это удалось команде благодаря спектроскопии высокого разрешения — методу, позволяющему достаточно тонко разделять свет, чтобы выявлять мельчайшие изменения формы. По мере вращения планеты линии в её спектре размываются наружу, и это расширение позволяет астрономам определить скорость вращения небесного тела.

«Вращение — это своего рода летопись процесса формирования планеты», — сказал соавтор исследования Дино Чи-Чун Сюй из Северо-Западного университета.

Тот же метод позволяет KPIC выявлять движение в мирах, расположенных далеко от своих звезд и скрытых под ярким светом.

Теория уже намекала на то, что молодые гиганты должны быстро набирать скорость, а затем терять её из-за притяжения окружающего газа. В околопланетном диске — газовом кольце вокруг формирующейся планеты — магнитные силы могут передавать спин в окружающее вещество.

В одной из статей была предложена модель тормозящего процесса, и новые данные, наконец, позволяют проверить её в масштабах всей популяции. Поскольку более тяжелые спутники, по-видимому, теряют больше вращения на ранних стадиях, их последующее вращение может сохранить запись о тех первых встречах.

Масса по-прежнему имела значение, но наиболее четкое различие наблюдалось, когда исследователи сравнивали массу каждого объекта с массой соответствующей звезды. Пороговое значение ниже 0,8 процента позволяет более четко отделить быстро вращающиеся планеты-гиганты от более медленных маломассивных компаньонов, чем простое правило определения размера.

Сюй сказал, что как собственная масса планеты, так и ее соотношение масс со звездой влияют на окончательное вращение. Это открытие смещает акцент в классификации от однозначных обозначений к повествованию об окружающей среде, а не только о массовых характеристиках.

Этот результат имеет значение и для нашей планеты, поскольку Юпитер и Сатурн совершают один оборот вокруг своей оси примерно за 9,9 и 10,7 часа соответственно. Эти короткие дни делают их очевидным объектом сравнения в Солнечной системе для любого исследования вращения планет-гигантов.

В рамках этой модели, хорошо известная закономерность упрощает сравнение гигантских планет, находящихся в совершенно разных системах и в разные периоды своей истории. Полученные данные также позволяют предположить, что способ распределения вращения на ранних этапах может определять окончательное расположение целого семейства планет.

Исследование не ограничилось изучением планет, находящихся рядом со звездами, но также включало сравнение их со свободно плавающими коричневыми карликами и объектами планетарной массы. Оказалось, что коричневые карлики -компаньоны вращаются медленнее, чем изолированные коричневые карлики, что указывает на иное происхождение окружающего газа.

Среди 221 объекта было обнаружено, что тела массой от пяти до 40 масс Юпитера сохраняли больший угловой момент, то есть накопленное количество вращения, спустя 10 миллионов лет. Эта общая закономерность позволяет предположить, что преимущество раннего торможения не исчезает быстро после износа оригинальных тормозных дисков.

Проект KPIC уже завершил свой цикл наблюдений, но оставил после себя гораздо более обширную отправную точку для исследований спина. Теперь исследовательская группа хочет проверить планеты-изгои, сравнить химический состав их атмосфер и распространить эти измерения на более мелкие миры с помощью следующего прибора, HISPEC.

«Мы только начинаем изучать, что может рассказать нам вращение планет», — сказал Сюй, назвав текущее исследование первым шагом на этом пути.

Это обновление позволит астрономам исследовать меньшие по размеру миры и задаться вопросом, является ли наш Юпитер обычным или необычным.

Несмотря на все свои масштабы, самая сильная группа планет в этом исследовании по-прежнему включает всего шесть явных гигантских планет. Измерения более старых планет по-прежнему представляют собой особую сложность, поскольку более холодные планеты имеют более тусклую окраску и требуют более точных инструментов и больших зеркал.

Таким образом, полученные результаты служат первой надежной картой того, куда следует направить дальнейшие измерения. Увеличение числа объектов различного возраста и массы определит, станет ли вращение стандартным инструментом для различения планет и коричневых карликов.

Вращение планеты теперь выглядит не столько деталью, сколько записью процесса её формирования, связывающей массу, магнитное торможение и архитектуру системы. По мере увеличения объема выборки эти данные могут помочь астрономам классифицировать далекие миры, которые сформировались как планеты, как звезды или где-то посередине.