«Уэбб» определил предел между планетой и звездой

С помощью космического телескопа Джеймса Уэбба астрономы определили, образовался ли сверхмассивный объект 29 Cygni b в процессе «от меньшего к большему» или в результате фрагментации.

Об этом сообщают в NASA, передают OstanniPodii.com.

Два разных процесса образования

Принято считать, что процесс образования планет происходит в гигантских дисках газа и пыли вокруг звезд посредством процесса, который называется аккрецией. Пыль сгущается в камешки, которые, сталкиваясь, становятся все больше, образуя протопланеты, а в конечном итоге — планеты. Самые крупные из них затем собирают газ, превращаясь в гигантов, таких как Юпитер. Поскольку формирование газовых гигантов занимает больше времени, а диск из материала, из которого образуются планеты, в конечном итоге испаряется и исчезает, в планетных системах в итоге остается гораздо больше малых планет, чем крупных.

В отличие от этого, звезды начинают образовываться, когда огромное облако газа распадается на фрагменты, и каждый из них коллапсирует под действием собственной гравитации, становясь меньше и плотнее. Теоретически подобный процесс фрагментации может происходить и в протопланетных дисках. Это могло бы объяснить, почему некоторые очень массивные объекты находятся за миллиарды километров от своих материнских звезд, в регионах, где протопланетный диск должен быть слишком разреженным для того, чтобы происходила аккреция.

На пределе

29 Cygni b находится на пределе между тем, что можно объяснить этими двумя различными механизмами. Его масса в 15 раз превышает массу Юпитера, а орбита вокруг звезды пролегает на среднем расстоянии 2,4 миллиарда километров — примерно на таком же расстоянии, как наш Уран от Солнца. Исследовательская группа сосредоточилась именно на этой планете, поскольку она потенциально могла образоваться в результате любого из этих процессов.

«В компьютерных моделях фрагментация в диске очень легко приводит к образованию объектов с массой, значительно превышающей массу 29 Cygni b. Это наименьшая масса, которую можно было бы получить. Но в то же время это примерно самая большая масса, которую можно получить в результате аккреции», — сказал главный автор исследования Уильям Балмер из Университета Джонса Хопкинса и Научного института космических телескопов, оба в Балтиморе.

Определение по составу и орбите

В своей программе наблюдений Балмер использовал NIRCam (Камеру ближнего инфракрасного диапазона) телескопа «Уэбба» в коронографическом режиме для получения непосредственного изображения 29 Cygni b. Эта планета была первым из четырех объектов, на которые была направлена программа, и все они, как уже известно, имеют массу от 1 до 15 раз больше массы Юпитера. Команде также требовалось, чтобы их объекты вращались на расстоянии не более 15 миллиардов километров от своих звезд.

Все планеты были молодыми и все еще горячими после своего образования, их температура колебалась от 530 до 1000 градусов по Цельсию. Это гарантировало, что химический состав их атмосферы был схож с планетами, систему которых Балмер изучал ранее.

Выбрав соответствующие фильтры, команда смогла искать признаки поглощения света углекислым газом (CO2) и оксидом углерода (CO), что позволило им определить количество этих более тяжелых химических элементов, которые астрономы в совокупности называют металлами.

Они нашли убедительные доказательства того, что 29 Cygni b обогащена металлами по сравнению со своей материнской звездой, которая по своему составу похожа на наше Солнце. Учитывая массу планеты, количество тяжелых элементов, содержащихся в ней, эквивалентно примерно 150 Землям. Это свидетельствует о том, что она накопила большие количества обогащенных металлами твердых веществ из протопланетного диска.

Команда также использовала наземную систему оптических телескопов под названием CHARA (Центр астрономии с высоким угловым разрешением), чтобы определить, согласуется ли орбита планеты с осевым вращением звезды. Они подтвердили эту соотнесенность, что вполне ожидаемо для объекта, образовавшегося из протопланетного диска.

«Нам удалось обновить данные об орбите планеты, а также наблюдать за материнской звездой, чтобы определить ее ориентацию относительно этой орбиты», — сказал Эш Мессье, соавтор исследования и аспирант Университета Джона Хопкинса. «Мы показали, что наклон планеты хорошо совпадает с осью вращения звезды, что похоже на то, что мы видим у планет нашей Солнечной системы».

«В совокупности эти доказательства убедительно свидетельствуют о том, что 29 Cygni b образовалась в протопланетном диске путем быстрой аккреции материала, богатого металлами, а не путем фрагментации газа», — сказал Балмер. «Другими словами, она образовалась как планета, а не как звезда».

Собирая данные о других трех объектах в рамках своей программы, команда планирует искать доказательства различий в составе планет с меньшей и большей массой. Это должно предоставить дополнительную информацию о механизмах их формирования.

Статья, в которой изложены выводы по 29 Cygni b, была опубликована в журнале The Astrophysical Journal Letters.

«Джеймс Уэбб»

Космический телескоп Джеймса Уэбба — это ведущая космическая научная обсерватория мира. «Уэбб» разгадывает тайны нашей Солнечной системы, заглядывает за ее пределы к отдаленным мирам вокруг других звезд и исследует загадочные структуры и происхождение нашей Вселенной и нашего места в ней. «Уэбб» — это международная программа, которую возглавляет NASA совместно со своими партнерами, ЕКА (Европейским космическим агентством) и ККА (Канадским космическим агентством).

• телескоп Уэбба
• Экзопланеты