Џин Сунчевог система је патуљак у другим звезданим системима

У новој студији, истраживачи су анализирали три масивна гасовита џина удаљена око 130 светлосних година, користећи хемију њихових атмосфера како би испитали како се формирају тако огромне планете.

Четири позната гасовита џина круже око ХР 8799, звезде типа Ф у сазвежђу Пегаз. Све су огромне, са масама од пет до 10 пута већим од масе Јупитера.

Користећи спектре средње резолуције добијене са свемирског телескопа „Џејмс Веб“, истраживачи су спровели детаљну анализу састава атмосфера три унутрашње планете система, на таласним дужинама између три и пет микрона.

Гасовити џинови могу достићи масени опсег смеђих патуљака – објеката који краткотрајно спајају деутеријум, али астрономи верују да та два типа објеката настају на суштински различите начине.

Смеђи патуљци формирају се попут звезда, „одозго надоле“, кроз гравитациони колапс, али немају довољно масе да би одржали фузију водоника.

Сматра се да се планете углавном формирају акрецијом језгра, процесом „одоздо нагоре“, у којем језгра постепено расту док се чврста материја згрушава око њих у протопланетарном диску. Нека велика језгра могу такође да прикупе преостале гасове из своје матичне маглине и на крају постану гасовити џинови.

То је преовлађујућа прича о настанку Јупитера и Сатурна, али да ли је такав сценарио могућ у систему попут ХР 8799, где масивнији гиганти круже на већим удаљеностима?

Те удаљености крећу се од 15 до 70 астрономских јединица (две до 10 милијарди километара), што значи да су планете отприлике 15 до 70 пута даље од своје звезде него што је Земља од Сунца.

На тим удаљеностима, неки стручњаци сумњају да би тако масивне и удаљене планете могле настати акрецијом језгра. Очекује се да се акреција одвија спорије на великим удаљеностима од звезде, што потенцијално оставља премало времена да планете прикупе довољно материјала пре него што се диск распрши. Једно од могућих решења јесте да такви светови настају гравитационим колапсом, слично смеђим патуљцима.

Да би тестирали ту идеју, истраживачи су користили податке са телескопа „Џејмс Веб“ о планетама система ХР 8799 како би потражили сумпор, елемент који се у протопланетарним дисковима углавном налази везан у чврстим зрнцима. Откривање сумпора у атмосфери планете указивало би на акрецију чврстог материјала током формирања.

„Са својом невиђеном осетљивошћу, ‘Џејмс Веб’ нам омогућава најдетаљније проучавање атмосфера ових планета и даје нам трагове о њиховим путевима настанка“, каже један од водећих аутора студије, астроном Жан-Батист Руфио са Универзитета Калифорније у Сан Дијегу.

Аутори су пронашли снажне доказе о присуству водоник-сулфида у планетама ХР 8799 ц и д, а њихови атмосферски модели указују на слично обогаћење сумпором код све три унутрашње планете.

„Откривањем сумпора можемо закључити да су планете система ХР 8799 вероватно настале на сличан начин као Јупитер, упркос томе што су пет до 10 пута масивније, што је било неочекивано“, каже Руфио.

Иако су планете хиљадама пута слабијег сјаја од своје звезде, осетљивост телескопа омогућила је истраживачима да раздвоје њихове бледе сигнале од бљештавила звезде.

Истраживачи су то постигли израдом сложених атмосферских модела планета, које су могли прилагођавати и упоређивати са подацима.

„На крају смо детектовали неколико молекула у овим планетама – неке и први пут, укључујући водоник-сулфид“, каже астроном Џери Сјуан са Универзитета Калифорније у Лос Анђелесу, коаутор студије.

Планете су једнолично обогаћене тешким елементима – укључујући угљеник, кисеоник и сумпор – у поређењу са својом звездом, што указује на то да су током формирања инкорпорирале велике количине чврстог материјала.

„Не постоји начин да формирање планета буде толико ефикасно“, каже Мајкл Мејер, астроном са Универзитета Мичиген.

Истраживачи ће морати да проуче и друге системе осим ХР 8799, али за сада је ефикасност којом су настале његове три масивне планете прилично загонетна.

„То је права загонетка. Заиста смо суочени са мистеријом“, закључује Мејер.