Новые наблюдения Джеймса Уэбба бросают вызов традиционному разделению планет и звёзд
Недавние наблюдения, выполненные с помощью космического телескопа Джеймс Уэбб, позволили детально изучить объект, который занимает промежуточное положение между планетами и звёздами. Этот объект, получивший обозначение 29 Cygni b, имеет массу примерно в 15 раз больше массы Юпитера и обращается вокруг звезды, похожей на Солнце, на расстоянии, сопоставимом с расстоянием от Урана до Солнца в нашей Солнечной системе, то есть около 2,4 миллиарда километров.
Традиционно планеты и звёзды различаются по своему механизму формирования. Планеты рождаются внутри дисков из газа и пыли, окружающих молодые звёзды, путём постепенного процесса аккреции, тогда как звёзды возникают в результате прямого гравитационного коллапса крупных газовых облаков. Однако такие массивные объекты, как 29 Cygni b, теоретически могут формироваться обоими способами, что значительно затрудняет их классификацию.
Наблюдения Уэбба позволили собрать достаточно данных, чтобы понять, какой именно механизм привёл к появлению этого объекта. Полученные результаты свидетельствуют о том, что 29 Cygni b сформировался путём аккреции, то есть как планета, а не через прямой коллапс, характерный для звёзд. Наблюдения проводились с использованием инструмента NIRCam телескопа Джеймса Уэбба в коронографическом режиме, который позволяет блокировать свет звезды и напрямую наблюдать слабые объекты вблизи неё. 29 Cygni b стал одним из четырёх объектов, отобранных для этой программы: все они имеют массу от одной до пятнадцати масс Юпитера и остаются горячими после своего формирования.
Ключевым элементом анализа стал химический состав атмосферы планеты, в особенности наличие таких молекул, как углекислый газ и угарный газ. Эти соединения позволяют оценить содержание тяжёлых элементов, которые в астрономии называют металлами. Данные показывают, что 29 Cygni b значительно обогащён металлами по сравнению с его родительской звездой. Эта характеристика указывает на то, что планета накопила огромное количество твёрдого материала, богатого тяжёлыми элементами, внутри протопланетного диска. Общее количество этих элементов эквивалентно примерно 150 земным массам, что полностью согласуется с процессом аккреции, при котором мельчайшие пылевые зёрна постепенно слипаются, формируя всё более крупные тела.
Вторым важнейшим доказательством стала орбита объекта. Исследователи также использовали наземную интерферометрическую сеть CHARA, чтобы определить ориентацию орбиты 29 Cygni b относительно оси вращения звезды. Результаты показали, что они совпадают и выровнены друг относительно друга. Такая конфигурация типична для планет, формирующихся внутри протопланетного диска, где весь материал вращается в одной плоскости. Если бы объект возник в результате гравитационной фрагментации, как это происходит со звёздами, вероятность наблюдать иной угол наклона была бы гораздо выше.
Объединив данные о химическом составе и об орбите, авторы исследования приходят к выводу, что 29 Cygni b образовался в результате быстрой аккреции материала, богатого металлами. Несмотря на свою высокую массу, его происхождение полностью совместимо с происхождением планет-гигантов. Наблюдательная программа будет продолжена с изучением трёх других подобных объектов. Сравнение планет с разной массой поможет прояснить, как именно меняется процесс формирования по мере роста массы, и тем самым позволит лучше определить границу между планетами и звёздами.
Исследование опубликовано в журнале The Astrophysical Journal Letters.