Если бы нужно было охарактеризовать современную эпоху астрономии, её можно было бы назвать «периодом смены парадигм». Новые телескопы, современные инструменты и даже перспективные искусственные интеллекты открывают перед астрономами новые горизонты в исследовании космоса, позволяя делать неожиданные открытия и пересматривать устоявшиеся представления.
Это особенно актуально для формирования планет в околозвёздных системах, традиционно объясняемого туманно-планетарной гипотезой. Согласно этой теории, планетные системы образуются из облаков газа и пыли, которые под действием гравитации сжимаются, формируя звезду, в то время как оставшийся материал образует протопланетный диск вокруг неё. Астрономы считали, что состав планет будет соответствовать составу этого диска. Однако исследование молодой экзопланеты в далёкой звёздной системе выявило неожиданное несоответствие между газами в атмосфере планеты и газами в окружающем диске. Эти результаты указывают на то, что связь между протопланетным диском и формирующимися планетами может быть более сложной, чем считалось ранее.
Команду учёных возглавили китайские исследователи Чи-Чун и Дино Сюй, а также их коллеги из Калифорнийского технологического института и университетов Калифорнии в Сан-Диего и Лос-Анджелесе. Результаты их исследования были опубликованы в журнале The Astrophysical Journal Letters. Для своей работы они использовали новый инструмент Keck Planet Imager and Characterizer (KPIC) в обсерватории Кека, с помощью которого получили спектры PDS 70 b (V 1032 Центавра b) — молодого суперюпитера массой в 7,5 раз больше Юпитера, который вращается вокруг звезды всего 5,4 миллиона лет и находится на расстоянии 369,7 световых годов от Земли.
Известно, что у обоих супер-Юпитеров формируются экзолуны, а у более массивной планеты PDS 70 b — кольцо, сопоставимое с известным, но не подтверждённым "суперсатурном" — коричневым карликом WASP J1407 B. В точке Лагранжа у PDS 70 b может находиться троянская планета, масса которой составляет от 0,03 до 2 раз больше массы Луны, однако её существование пока не подтверждено.
PDS 70 b — это уникальная протопланета, находящаяся в центре внешнего протопланетного диска, который простирается от 65 до 140 астрономических единиц от звезды. Эта позиция делает её идеальным объектом для изучения формирования экзопланет. Как отметил Джейсон Ванг, доцент кафедры физики и астрономии Северо-Западного университета: «Мы наблюдаем за процессом формирования обеих экзопланет и исследуем материалы, из которых они состоят. Ранее мы анализировали газовый диск, чтобы понять его состав, но теперь смогли измерить состав самой формирующейся планеты и сравнить его с материалами в диске».
До недавнего времени астрономы не имели возможности напрямую исследовать протопланетный диск, чтобы отследить рождение протопланет, так как большинство экзопланет становятся доступными для наблюдений уже после завершения своего формирования. Эти наблюдения имеют историческое значение, так как учёные впервые смогли сопоставить данные экзопланеты, её натального диска и звезды-хозяина.
Сюй и его команда смогли получить спектры PDS 70 b, несмотря на яркость соседней звезды, используя методы фотоники. «Эти новые инструменты помогают получать детализированные спектры слабо освещённых объектов рядом с яркими звёздами», — пояснил Ванг. Полученные спектры показали наличие угарного газа и воды в атмосфере PDS 70 b, что дало возможность команде рассчитать соотношение углерода и кислорода в атмосфере и сравнить его с ранее опубликованными результатами.
«Мы предполагали, что соотношение углерода и кислорода на планете будет таким же, как и в диске», — сказал Сюй. «Однако вместо этого мы обнаружили, что содержание этих элементов гораздо ниже, чем мы думали ранее. Это открытие стало для нас настоящим сюрпризом и свидетельствует о том, что общепринятая модель формирования планет, возможно, была излишне упрощенной».
Команда предложила два возможных объяснения этому несоответствию: планета могла сформироваться до обогащения диска углеродом или она могла в основном расти за счёт поглощения твёрдых материалов. «Это может говорить о том, что мы не можем сравнивать газ с газом, твёрдые компоненты могут значительно влиять на соотношение углерода и кислорода», — добавил Ванг.
Чтобы глубже изучить эти теории, команда планирует получить спектры другой экзопланеты в системе — PDS 70 c. «Исследуя обе экзопланеты, мы сможем лучше понять, как формировалась эта интересная система», — отметил Сюй. «Однако это лишь одна из систем. Было бы замечательно обнаружить больше подобных систем, чтобы углубить наше представление о модели образования экзопланет».
