Планеты могут быть намного больше чем мы думали, и вот доказательство

Газовый гигант 29 Cygni b в 15 раз тяжелее Юпитера, и все-таки его считают планетой. Наблюдения телескопа Джеймса Уэбба показали, что этот колоссальный объект сформировался тем же способом, что и обычные планеты, а не как звезда. Новое научное исследование заставляет пересмотреть привычную границу между планетами и коричневыми карликами. Кажется, телескоп Уэбба показал что-то еще более важное, чем свет самых первых галактик во Вселенной.

Газовый гигант 29 cygni b имеет размер коричневого карлика, но при этом является планетой. Источник изображения: IFL Science

Где заканчивается планета и начинается звезда

По данным IFL Science, планеты формируются снизу вверх: пылинки слипаются в камешки, камешки в глыбы, глыбы в зародыши планет, а те набирают газ и становятся гигантами вроде Юпитера. Звезды же рождаются сверху вниз: огромное облако газа сжимается под собственной тяжестью и фрагментируется.

Между этими двумя процессами есть серая зона, которую занимают коричневые карлики — объекты слишком легкие, чтобы запустить термоядерную реакцию водорода, но достаточно массивные, чтобы сжигать тяжелый изотоп водорода (дейтерий ). Граница между планетами и коричневыми карликами традиционно проходила по отметке примерно в 13 масс Юпитера: все, что тяжелее, считалось звездным объектом.

Но вот проблема: эта граница основана на массе, а не на том, как объект родился. И именно здесь 29 Cygni b все перевернула.

Читайте также: Как выглядит звезда перед взрывом — и можно ли это увидеть с Земли?

Что такое экзопланета 29 Cygni b

Звезда 29 Cygni расположена в созвездии Лебедя, примерно в 130 световых годах от Земли. Ее компаньон, газовый гигант 29 Cygni b, весит как 15 Юпитеров, то есть формально превышает порог в 13 масс, по которому его полагалось бы записать в коричневые карлики. Он вращается вокруг своей звезды на расстоянии 2,4 миллиарда километров, примерно столько же отделяет Уран от Солнца.

Именно эта пограничная масса сделала 29 Cygni b идеальным объектом для проверки. По словам руководителя исследования Уильяма Балмера, компьютерные модели показывают, что фрагментация газового диска легко порождает объекты гораздо тяжелее 29 Cygni b, поэтому 15 масс Юпитера — это практически минимум для такого процесса. Но одновременно это почти максимум для планетарной аккреции. Объект оказался ровно на перекрестке двух сценариев.

Как телескоп Уэбба определил происхождение планеты

Команда Балмера использовала камеру ближнего инфракрасного диапазона NIRCam на борту телескопа Джеймса Уэбба в коронографическом режиме: специальный клин блокировал свет звезды, позволяя увидеть саму планету. Подбирая фильтры, астрономы искали характерные следы поглощения углекислого газа (CO₂) и угарного газа (CO) — маркеры тяжелых химических элементов, которые астрономы собирательно называют «металлами».

Результат оказался красноречивым. Планета обогащена тяжелыми элементами по сравнению со своей звездой, состав которой похож на солнечный. Общая масса тяжелых элементов в атмосфере 29 Cygni b эквивалентна примерно 150 массам Земли. Это прямое указание на то, что объект набирал вещество из протопланетного диска, богатого твердыми частицами, то есть рос снизу вверх, как обычная планета.

Если бы 29 Cygni b сформировалась путем фрагментации газового облака, так, как рождаются звезды и коричневые карлики, ее состав был бы примерно таким же, как у родительской звезды. Но химия планеты рассказала другую историю.

Почему орбита планеты подтверждает ее происхождение

Химический состав — не единственный аргумент. Команда дополнительно использовала наземный оптический интерферометр CHARA, чтобы выяснить, совпадает ли плоскость орбиты планеты с осью вращения звезды. Подтвердилось: орбита 29 Cygni b хорошо согласована с вращением звезды, как это наблюдается у планет нашей Солнечной системы.

Такое совпадение ожидаемо для объекта, который вырос внутри протопланетного диска — плоской вращающейся структуры газа и пыли, из которой формируются планеты. Коричневый карлик, родившийся из фрагментации облака, с гораздо большей вероятностью имел бы случайный наклон орбиты.

Соавтор исследования Эш Мессье из того же университета подчеркнул, что наклон орбиты планеты совпадает с осью вращения звезды — так же, как у планет в нашей системе.

Что это открытие меняет в астрономии

Все доказательства — химический состав, обогащенный металлами, и совпадение орбиты с вращением звезды — указывают в одну сторону. 29 Cygni b сформировалась через быструю аккрецию богатого металлами вещества в протопланетном диске, а не через фрагментацию газа. Если говорить по-простому, она родилась как планета, а не как звезда, несмотря на свою огромную массу.

Это ставит под вопрос жесткую границу в 13 масс Юпитера как критерий разделения планет и коричневых карликов. Получается, способ формирования важнее массы при определении природы объекта. Вместо того чтобы считать 29 Cygni b несостоявшейся звездой, правильнее называть ее просто очень массивной планетой.

Сравнение размеров: газовый гигант 29 Cygni b рядом с Юпитером

29 Cygni b стала первой из четырех целей наблюдательной программы Балмера. Остальные объекты имеют массы от 1 до 15 Юпитеров, и команда планирует искать различия в составе между менее массивными и более массивными планетами. Это позволит лучше понять, где именно аккреция уступает место звездной фрагментации и существует ли вообще четкая граница.

Еще больше познавательных материалов вы найдете в нашем Telegram-канале. Обязательно подпишитесь!

Результаты этой работы еще не ставят окончательной точки: перед нами одно исследование одного объекта. Но оно убедительно показывает, что планеты способны вырастать до масс, которые раньше считались исключительно «звездной территорией». Если следующие три цели программы покажут похожую картину, астрономам придется всерьез пересмотреть классификацию, которой пользовались десятилетиями. А значит, наше понимание того, как устроены планетные системы, включая нашу, может стать заметно богаче.