იუპიტერი შეიძლება მზის სისტემის პლანეტათა მეფეა, მაგრამ გალაქტიკის სხვა ვარსკვლავურ სისტემებში, ვარსკვლავებს მილიონობით კილომეტრის მანძილიდან გარს უვლიან კიდევ უფრო დიდი ვარსკვლავები. პლანეტათა ფორმაციის ტრადიციული თეორიებით, ასეთ მანძილზე პლანეტების არსებობის ახსნა ჭირს.
ახალ კვლევაში, მეცნიერებმა შეისწავლეს ჩვენგან დაახლოებით 130 სინათლის წლის მანძილზე მდებარე სამი მასიური გაზის გიგანტი. იმის დასადგენად, თუ როგორ წარმოიქმნა ასეთი უზარმაზარი პლანეტები, მკვლევრებმა გამოიყენეს მათი ატმოსფერული ქიმია.
ჩვენთვის ცნობილი ოთხი გაზის გიგანტი გარს უვლის HR 8799-ს — F-ტიპის ვარსკვლავს პეგასის თანავარსკვლავედში. ისინი საკმაოდ დიდებია, აქვთ იუპიტერზე 5-10-ჯერ მეტი მასა.
ჯეიმს ვების კოსმოსური ტელესკოპის ინსტრუმენტ NIRSpec-ით, მკვლევრებმა ჩაატარეს პლანეტის სამი შიდა პლანეტის ატმოსფერული შემადგენლობის დეტალური ანალიზი 3-5 მიკრონის ტალღის სიგრძეებზე.
გაზის გიგანტები მასით შეიძლება მიუახლოვდნენ ყავისფერ ჯუჯებს — ობიექტებს, რომლებიც დეიტერიუმს (მძიმე წყალბადი) ასინთეზირებენ — მაგრამ ასტრონომებს მიაჩნიათ, რომ ეს ორი ობიექტი ფუნდამენტურად სხვადასხვა გზებით წარმოიქმნება.
ყავისფერი ჯუჯები ვარსკვლავების მსგავსად წარმოიქმნებიან, ზემოდან ქვემოთ მიმართული გრავიტაციული კოლაფსით, მაგრამ არ აქვთ საკმარისი მასა, რათა დაიწყოს წყალბადის სინთეზი.
პლანეტების ფორმაცია დიდწილად დაკავშირებულია ბირთვის აკრეციასთან, ქვემოდან ზემოთ მიმართულ პროცესთან, რომელშიც ბირთვი ნელ-ნელა იზრდება პროტოპლანეტურ დისკოში მყარი მატერიის შეჯგუფების შედეგად. ზოგიერთმა დიდმა ბირთვმა შეიძლება წინაპარი ნისლეულის ნარჩენი გაზიც მიიერთოს და თანდათან გაზის გიგანტი გახდეს.
ასეთი უნდა ყოფილიყო იუპიტერისა და სატურნის ისტორია, მაგრამ შეიძლება თუ არა, ასე მომხდარიყო სისტემა HR 8799-ში, სადაც უზარმაზარი პლანეტები ვარსკვლავს ძალიან შორიდან უვლიან გარშემო?
ეს მანძილი 15-17 ასტრონომიულ ერთეულს შორის მერყეობს (2-10 მილიარდი კმ), რაც იმას ნიშნავს, რომ პლანეტები თავიანთ დედავარსკვლავისგან დაახლოებით 15-70-ჯერ უფრო შორს არიან, ვიდრე დედამიწა მზისგან.
ზოგიერთ ექსპერტს ეჭვი ეპარება, რომ ვარსკვლავიდან ასე შორს ბირთვის აკრეციის გზით შესაძლებელი იყოს ასეთი მასიური პლანეტების წარმოქმნა. ვარსკვლავიდან ასეთ დიდ მანძილზე აკრეცია უფრო ნელა უნდა მიმდინარეობდეს, რაც პოტენციურად პლანეტებს ძალიან ცოტა დროს უტოვებს მატერიის შესაგროვებლად იქამდე, ვიდრე დისკო გაიფანტება. ერთი გამოსავალი ისაა, რომ ასეთი პლანეტები შეიძლება გაჩნდა გრავიტაციული კოლაფსის შედეგად, ზუსტად ყავისფერ ჯუჯა ვარსკვლავთა მსგავსად.
ამ იდეის შესამოწმებლად, მკვლევრები HR 8799-ის შესახებ ჯეიმს ვების მიერ შეგროვებულ მონაცემებში ეძებდნენ გოგირდს — ძნელადდნობად ელემენტს, რომელიც დიდწილად მყარი მარცვლების სახით გვხვდება პროტოპლანეტურ დისკოში. შესაბამისად, პლანეტის ატმოსფეროში გოგირდის დაფიქსირება უნდა მიუთითებდეს ფორმაციის დროს მყარი მასალის მიერთებაზე (აკრეცია).
„თავისი უპრეცედენტო მგრძნობელობით, ჯეიმს ვები ამ პლანეტების ამ დრომდე ყველაზე დეტალურად შესწავლის საშუალებას გვაძლევს, რითაც ვიღებთ მინიშნებებს მათი ფორმაციის გზების შესახებ“, — ამბობს კვლევის თანაავტორი, სან-დიეგოს კალიფორნიის უნივერსიტეტის მკვლევარი ჟან-ბაპტისტე რუფიო.
მკვლევრებმა პლანეტა HR 8799 c-სა და d-ში წყალბადის სულფიდის ძლიერ მტკიცებულებას მიაგნეს; მათი ატმოსფერული მოდელები მიუთითებს გოგირდით ასეთ გამდიდრებაზე სამივე შიდა პლანეტის შემთხვევაში.
„გოგირდის დაფიქსირებით, შეგვიძლია დავასკვნათ, რომ HR 8799-ის პლანეტები, სავარაუდოდ, იუპიტერის მსგავსად ჩამოყალიბდა, მიუხედავად იმისა, რომ მასზე 5-10-ჯერ მასიურები არიან, რაც საკმაოდ მოულოდნელია“, — ამბობს რუფიო.
მიუხედავად იმისა, რომ პლანეტები დედავარსკვლავზე ათასობით უფრო მკრთალები არიან, ჯეიმს ვების მგრძნობელობამ მკვლევრებს საშუალება მისცა, მათი სუსტი სიგნალები ვარსკვლავის ნათებისგან გამოეცალკევებინათ.
მკვლევრებმა ეს პლანეტების კომპლექსური ატმოსფერული მოდელების შექმნით დაძლიეს, რომლების შესაძლებელია შედარდეს და მოერგოს მონაცემებს.
„დასასრულს, ამ პლანეტებზე ჩვენ დავაფიქსირეთ რამდენიმე მოლეკულა, ზოგიერთი მათგანი პირველად. მათ შორის იყო წყალბადის სულფიდი“, — ამბობს კვლევის თანაავტორი, ლოს-ანჯელესის კალიფორნიის უნივერსიტეტის ასტრონომი ჯერია სუანი.
თავიანთ დედავარსკვლავთან შედარებით, პლანეტები თანაბრად არის გამდიდრებული მძიმე ელემენტებით — მათ შორის ნახშირბადით, ჟანგბადითა და გოგირდით, რაც იმაზე მიუთითებს, რომ მათი ფორმაციის დროს, პლანეტებში დიდი ოდენობით მყარი მასალა მოხვდა.
მკვლევართა განცხადებით, მძიმე ელემენტებით გამდიდრება რთულად თანხვდება ფორმაციის კლასიკურ მოდელებთან.
„პლანეტების ფორმირება ასეთი ეფექტიანი არავითარ შემთხვევაში არ უნდა იყოს“, — ამბობს მიჩიგანის უნივერსიტეტის ასტრონომი მაიკლ მეიერი.
ახლა საჭიროა, მკვლევრებმა HR 8799-ის გარდა სხვა სისტემებიც შეისწავლონ, მაგრამ როგორც ჩანს, ძლიერ გამაოგნებელია ის ეფექტიანობა, რომლითაც ამ სისტემის სამი მასიური პლანეტა წარმოიქმნა.
„ნამდვილი გამოცანაა. აქ ნამდვილად რაღაც საიდუმლოებით მოცულია“, — ამბობს მეიერსი.
კვლევა Nature Astronomy-ში გამოქვეყნდა.
მომზადებულია today.ucsd.edu-სა და ScienceAlert-ის მიხედვით.
