Газовые гиганты за пределами Солнечной системы образовались раньше, чем считалось
Планеты формируются из вращающихся облаков пыли и газа. Новое исследование американского астрофизика показывает, что у экзопланет с массой Юпитера этот процесс может происходить гораздо раньше, чем предполагалось. Открытие бросает вызов существующим теориям относительно «возраста» протопланетных дисков.
За последние десятилетия астрономы обнаружили более семи тысяч экзопланет, и их число продолжает расти: только в 2024 году было найдено около 300 новых объектов. В то же время их происхождение и процессы формирования остаются загадкой, которую только предстоит раскрыть. Например, если раньше предполагалось, что похожие на Юпитер планеты формируются за 3-5 млн лет, новое исследование указывает на более короткий срок — всего 1-2 млн лет.
Согласно теории аккреции ядра, формирование планет происходит по восходящей схеме: небольшие объекты с течением времени накапливают массу и становятся сложными, полноценными небесными телами. Однако есть и другое распространенное объяснение их образования. Оно заключается в том, что планеты возникают в результате гравитационной нестабильности — когда скопления в аккреционном диске вокруг звезды становятся слишком массивными и сжимаются под действием гравитации, после чего начинают сталкиваться и слипаться, образуя более крупные объекты.
Американский астрофизик Джи Ванг из Университета штата Огайо предположил, что оба механизма имеют право на существование и, вероятно, дополняют друг друга. В своем исследовании он попытался определить, какой из процессов происходит чаще. Для этого был проведен анализ семи экзопланет-газовых гигантов, свойства которых ранее были измерены другими планетологами. Ученый сравнил эти данные со сведениями о газовых гигантах нашей Солнечной системы — Юпитере и Сатурне.
Все данные указывали на то, что изучаемые экзопланеты сформировались довольно рано. Это согласуется с мнением о том, что Юпитер также обрел свою форму намного раньше, чем считалось ранее. Все материалы, которые образовались в начале формирования планеты, повышают металличность ее атмосферы, поэтому измерив этот показатель, ученые могут определить количество твердых частиц, накопленных массивным небесным телом. Чем выше металличность, тем больше твердых частиц и металлов.
По подсчетам Джи Ванга, в среднем на каждой из пяти изученных планет скопилось количество твердых частиц, эквивалентное 50 массам Земли. По его словам, такое количество характерно только для систем, возраст которых не превышает 2 млн лет. Всего же в нашей Солнечной системе общее количество доступных твердых частиц составляет примерно 30-50 масс Земли.
Новые результаты говорят о том, что «строительные материалы» для формирования экзопланет были доступны на более ранних этапах эволюции протопланетного диска, чем предполагалось ранее. В то же время их доступность значительно снизилась в течение миллионов лет. По мнению Ванга, ученые обычно не ожидают обнаружить свидетельства столь раннего формирования планет, поэтому его открытие заставляет пересмотреть существующие теории.
Поскольку газовые гиганты притягивают огромное количество вещества во время аккреции, их образование и движение в космосе также влияют на развитие планет в других частях протопланетного диска. Считается, что в Солнечной системе это явление привело к тому, что Юпитер и Сатурн изменили орбиту Меркурия, а Марс стал меньше Земли и Венеры.
Исследование Ванга основывалось исключительно на архивных данных, поэтому исследователь ожидает дополнить его новыми сведениями, собранных современными мощными обсерваториями и космическими телескопами, такими как «Джеймс Уэбб». Несмотря на то, что экзопланеты находятся далеко от нас, более глубокое понимание процессов их формирования могло бы помочь ученым лучше понять эволюцию Солнечной системы и ранней Земли.
Ранее австралийские исследователи обнаружили новую экзопланету в системе с горячим юпитером. Необычность объекта заключается в том, что он не проходит перед диском своей звезды и просто так заметить его невозможно. Выявить «невидимку» получилось с помощью транзитного телескопа TESS.
