Новые наблюдения, проведенные с помощью космического телескопа «Джеймс Уэбб» (JWST), раскрыли планетарную тайну, расположенную в 283 световых годах от нас. Астрономы, изучающие газовый гигант TOI-5205b, обнаружили атмосферу, которая противоречит стандартным моделям формирования планет: она характеризуется удивительным отсутствием тяжелых элементов и уникальным химическим составом.
Планетарный аутсайдер
TOI-5205b — это массивный газовый гигант, почти идентичный Юпитеру по размеру и массе. Однако его окружение кардинально отличается от нашей Солнечной системы. Планета вращается вокруг маленькой тусклой красной звезды (звезды спектрального класса M4) каждые 1,63 дня, что делает её «короткопериодической» планетой, находящейся в экстремальной близости к своей родительской звезде.
Используя ближний инфракрасный спектрограф (NIRSpec) телескопа, исследователи проанализировали три отдельных прохождения (транзита) планеты. Полученные данные выявили химический состав, который противоречит существующим теориям:
- Низкая металличность: В атмосфере содержится значительно меньше тяжелых элементов по отношению к водороду, чем в атмосфере Юпитера.
- Химический дисбаланс: Атмосфера заметно богата углеродом, но бедна кислородом.
- Следовые газы: Наблюдения также зафиксировали присутствие метана и сероводорода.
Парадокс формирования
Существование TOI-5205b бросает серьезный вызов теории «аккреции ядра» — ведущей модели формирования планет.
Согласно традиционным моделям, массивная планета формируется, когда твердое ядро вырастает до таких размеров, что способно стремительно притягивать окружающий газ. Однако красные карлики, подобные TOI-5205, обычно обладают менее массивными протопланетными дисками с меньшим количеством пыли и газа. С математической точки зрения крайне сложно сформировать ядро, достаточно крупное, чтобы запустить процесс создания гиганта размером с Юпитер.
«Такие миры трудно сформировать путем аккреции ядра, поскольку малая масса диска… препятствует эффективному образованию массивных планетных ядер», — объясняет доктор Калеб Каньяс из Центра космических полетов НАСА им. Годдарда.
Почему атмосфера такая «пустая»?
Одним из самых поразительных открытий является несоответствие между общим составом планеты и её атмосферой. Хотя масса и радиус планеты указывают на тяжелое, богатое металлами недра, сама атмосфера оказывается удивительно «легкой» с точки зрения тяжелых элементов.
Чтобы объяснить это расхождение, исследователи, включая доктора Шубхама Канодию из Carnegie Science, предполагают процесс внутренней миграции :
- Миграция тяжелых элементов: В процессе формирования планеты тяжелые элементы, вероятно, мигрировали к центру планеты.
- Отсутствие перемешивания: Недра и атмосфера кажутся химически изолированными, что означает, что тяжелые элементы, заключенные в ядре, не перемешиваются с внешними слоями.
Это открытие позволяет предположить, что TOI-5205b может быть планетой «экстремального режима», представляющей собой тип мира, который современные модели планетарной эволюции пока не могут полностью объяснить.
Заключение
Изучение TOI-5205b показывает, что газовые гиганты у красных карликов могут обладать атмосферами, разительно отличающимися от атмосфер в нашей Солнечной системе. Эти результаты заставляют астрономов переосмыслить процессы формирования массивных планет вокруг малых звезд и то, как их внутренняя структура эволюционирует со временем.
