В последние два десятилетия астрономы смогли напрямую пронаблюдать несколько десятков крупных экзопланет и коричневых карликов, которые находятся на большом расстоянии от своих звёзд. Механизм образования таких объектов долгое время оставался непонятным. В целом учёные предполагают две возможных концепции формирования крупных экзопланет на больших расстояниях от звёзд: «снизу вверх» и «сверху вниз». Давайте разберемся, что скрывается за этими терминами.
Концепция «снизу вверх» подразумевает формирование экзопланеты путём аккреции пылевых частиц и газа из колец в протопланетном диске. Начиная с небольших зёрен, частички пыли слипаются вместе, сталкиваются и постепенно набирают массу. Став планетезималями — эмбрионами планет, — они привлекают к себе всё больше вещества, притягивают газ и в конце концов становятся доминирующими в гравитационном плане телами на орбитах. Экзопланеты обычно образуются по такому механизму на небольших расстояниях от родительских звёзд.
Концепция «сверху вниз» подразумевает образование ядра планеты в результате локальных гравитационных нестабильностей в протопланетном диске, которые связаны с плотными сгустками вещества. По такому же сценарию образуются и звёзды в двойных системах, но масштаб события гораздо больше. Вблизи от главной звезды такой механизм невозможен, потому что во внутренних частях формирующейся системы сила притяжения звезды будет доминировать над гравитацией локального сгустка вещества и растянет его в кольцо, как в предыдущем сценарии. Поэтому экзопланеты и коричневые карлики формируются по механизму «сверху вниз» на больших удалениях от родительских звезд, при этом набирая весьма значительную массу.
Принято считать, что на расстояниях 10-100 астрономических единиц (1 а.е. — среднее расстояние от Земли до Солнца) от звёзд средней массы по механизму «снизу вверх» образуются экзопланеты до 13 раз массивнее Юпитера, а по механизму «сверху вниз» — коричневые карлики, обладающие массами 13-80 масс Юпитера. Более крупные объекты становятся полноценными звёздами. У звёзд-гигантов, однако, большая часть компаньонов образуется по механизму «снизу вверх», а у красных карликов — наоборот по механизму «сверху вниз».
Международная группа астрономов с помощью детектора SPHERE на телескопе VLT обнаружила методом прямого наблюдения экзопланету у звезды, которая находится от Солнца на расстоянии в 358 световых лет в направлении созвездия Мухи. Это очень молодое светило, возрастом лишь в 14 миллионов лет. Оно очень похоже на наше Солнце, массивнее его на 10%. Экзопланета, которую обнаружили астрономы, находится от звезды на солидном расстоянии больше 115 астрономических единиц — почти в три раза дальше, чем Плутон от Солнца. Астрономы подсчитали, что масса этого объекта составляет около 6,3 масс Юпитера. Родительская звезда получила название YSES 2, а её экзопланета — YSES 2b.
Для объекта с такой массой YSES 2b находится слишком далеко от своей звезды, чтобы образоваться по механизму «снизу вверх». Но экзопланета также слишком мала для формирования по механизму «сверху вниз». Вероятность того, что звезда за 14 миллионов лет своего существования просто захватила её силой притяжения из пространства, очень мала. Экзопланета в принципе могла образоваться гораздо ближе к светилу и затем её выбросило на внешнюю орбиту из-за взаимодействия с другим объектом планетарной массы. Но астрономы не нашли подходящего кандидата для этого и вряд ли найдут — чувствительности телескопа с запасом хватает для обнаружения достаточно массивного объекта в окрестностях звезды. Так что точный механизм формирования YSES 2b остаётся загадкой.
Тем больше усиливается интерес астрономов к этой экзопланете. Учёные считают, что она в будущем станет идеальной целью для изучения физико-химических процессов при образовании планет-гигантов. Они хотят подробнее изучить атмосферу YSES 2b, параметры её орбиты и поискать другие объекты в системе. Для этого будет достаточно уже существующих инструментов ERIS и GRAVITY, установленных на VLT, и космического телескопа James Webb, который планируют запустить в октябре этого года. Это позволит астрофизикам понять, каким образом на больших расстояниях от звёзд образуются экзопланеты различных размеров.
Автор:
Дмитрий Логинов
Источник:
https://www.aanda.org/articles/aa/full_html/2021/04/aa40508-21/aa40508-21.html
