«Вебб» визначив межу між планетою та зорею

За допомогою космічного телескопа Джеймса Вебба астрономи визначили, чи утворився надмасивний об′єкт 29 Cygni b в процесі «від меншого до більшого», чи з процесу фрагментації.

Про це розповідають в NASA, передають OstanniPodii.com.

Два різні процеси утворення

Загальноприйнято вважати, що процес утворення планет відбувається в гігантських дисках газу та пилу навколо зірок через процес, який називається акрецією. Пил згущується в камінці, які зіштовхуючись стають дедалі більшими, утворюючи протопланети, а зрештою — планети. Найбільші з них потім збирають газ, перетворюючись на гігантів, таких як Юпітер. Оскільки формування газових гігантів займає більше часу, а диск з матеріалу, з якого утворюються планети, зрештою випаровується та зникає, у планетних системах у підсумку залишається набагато більше малих планет, ніж великих.

На відміну від цього, зорі починають утворюватися, коли величезна хмара газу розпадається на фрагменти, і кожен колапсує під дією власної гравітації, стаючи меншим та щільнішим. Теоретично подібний процес фрагментації може відбуватися і в протопланетних дисках. Це могло б пояснити, чому деякі дуже масивні об’єкти знаходять за мільярди кілометрів від своїх материнських зірок, у регіонах, де протопланетний диск мав би бути занадто розрідженим для того, щоб відбувалася акреція.

На межі

29 Cygni b знаходиться на межі між тим, що можна пояснити цими двома різними механізмами. Його маса у 15 разів перевищує масу Юпітера, а орбіта навколо зорі пролягає на середній відстані 2,4 мільярда кілометрів — приблизно на такій самій відстані, як наш Уран від Сонця. Дослідницька група зосередилася саме на цій планеті, оскільки вона потенційно могла утворитися в результаті будь-якого з цих процесів.

«У комп′ютерних моделях фрагментація в диску дуже легко призводить до утворення об′єктів з масою, значно більшою за 29 Cygni b. Це найменша маса, яку можна було б отримати. Але водночас це приблизно найбільша маса, яку можна отримати в результаті акреції», — сказав головний автор дослідження Вільям Балмер з Університету Джонса Гопкінса та Наукового інституту космічних телескопів, обидва в Балтіморі.

Визначення за складом та орбітою

У своїй програмі спостережень Балмер використовував NIRCam (Камера близько-інфрачервоного діапазону) телескопа «Вебба» у коронографічному режимі для отримання безпосереднього зображення 29 Cygni b. Ця планета була першим з чотирьох об’єктів, на які була спрямована програма, і всі вони, як вже відомо, мають масу від 1 до 15 разів більшу за масу Юпітера. Команді також було потрібно, щоб їхні об’єкти оберталися на відстані не більше ніж 15 мільярдів кілометрів від своїх зірок.

Усі планети були молодими та все ще гарячими після свого утворення, їхня температура коливалася від 530 до 1000 градусів за Цельсієм. Це гарантувало, що хімічний склад їхньої атмосфери був подібним до планет, систему яких Балмер вивчав раніше.

Вибравши відповідні фільтри, команда змогла шукати ознаки поглинання світла вуглекислим газом (CO2) та оксидом вуглецю (CO), що дозволило їм визначити кількість цих важчих хімічних елементів, які астрономи сукупно називають металами.

Вони знайшли переконливі докази того, що 29 Cygni b збагачена металами порівняно зі своєю материнською зорею, яка за своїм складом схожа на наше Сонце. З огляду на масу планети, кількість важких елементів, що містяться в ній, еквівалентна приблизно 150 Землям. Це свідчить про те, що вона накопичила великі кількості збагачених металами твердих речовин з протопланетного диска.

Команда також використала наземну систему оптичних телескопів під назвою CHARA (Центр астрономії з високою кутовою роздільною здатністю), щоб визначити, чи узгоджується орбіта планети з осьовим обертанням зорі. Вони підтвердили цю співвісність, що цілком очікувано для об’єкта, який утворився з протопланетного диска.

«Нам вдалося оновити дані про орбіту планети, а також спостерігати за материнською зорею, щоб визначити її орієнтацію відносно цієї орбіти», — сказав Еш Мессьє, співавтор дослідження та аспірант Університету Джона Гопкінса. «Ми показали, що нахил планети добре сходиться з віссю обертання зорі, що схоже на те, що ми бачимо у планет нашої Сонячної системи».

«У сукупності ці докази переконливо свідчать про те, що 29 Cygni b утворилася в протопланетному диску шляхом швидкої акреції матеріалу, багатого на метали, а не шляхом фрагментації газу», — сказав Балмер. «Іншими словами, вона утворилася як планета, а не як зоря».

Збираючи дані про інші три об’єкти в рамках своєї програми, команда планує шукати докази відмінностей у складі планет з меншою та більшою масою. Це має надати додаткові відомості про механізми їх формування.

Стаття, що описує висновки щодо 29 Cygni b, була опублікована у журналі The Astrophysical Journal Letters.

«Джеймс Вебб»

Космічний телескоп Джеймса Вебба — це провідна космічна наукова обсерваторія світу. Вебб розгадує таємниці нашої Сонячної системи, заглядає за її межі до віддалених світів навколо інших зірок і досліджує загадкові структури та походження нашого Всесвіту й нашого місця в ньому. Вебб — це міжнародна програма, яку очолює NASA разом зі своїми партнерами, ЄКА (Європейським космічним агентством) та ККА (Канадським космічним агентством).

• телескоп Вебба
• Екзопланети