AJL: Обнаружено несоответствие состава атмосферы экзопланеты и окружающего диска

Как некоторые дети физически похожи на своих родителей, так и многие ученые долгое время считали, что развивающиеся планеты должны быть похожи на закрученный диск газа и пыли, который их порождает.

Но в новом исследовании группа астрофизиков под руководством Северо-Западного университета обнаружила, что это сходство может быть более слабым, чем считалось ранее. Изучая все еще формирующуюся экзопланету и окружающий ее родовой диск, исследователи обнаружили несоответствие состава газов в атмосфере планеты по сравнению с газами внутри диска.

Удивительная находка потенциально подтверждает давний скептицизм в отношении того, что существующая модель формирования планет слишком упрощена учеными.

Исследование опубликовано в журнале Astrophysical Journal Letters. В нем физики впервые сопоставили информацию, полученную от экзопланеты, ее родного диска и звезды-хозяина.

Для астрофизиков-наблюдателей одна широко распространенная картина формирования планет была, вероятно, слишком упрощенной, — говорит Чи-Чун «Дино» Хсу из Северо-Западного университета, возглавлявший исследование.

Согласно этой упрощенной картине, соотношение углеродных и кислородных газов в атмосфере планеты должно соответствовать соотношению углеродных и кислородных газов в ее родном диске — предполагается, что планета аккрецирует материалы через газы в своем диске.

Вместо этого мы обнаружили планету с гораздо более низким соотношением углерода и кислорода по сравнению с ее диском. Теперь мы можем подтвердить подозрения, что картина формирования планет была слишком упрощенной.

Хсу является постдокторантом Центра междисциплинарных исследований в области астрофизики (CIERA). Его консультирует Джейсон Ванг, доцент физики и астрономии в Северо-Западном колледже искусств и наук имени Вайнберга и член CIERA.

Поиск видимого материала для рождения

Все планеты рождаются из натального диска — вращающегося диска из газа и пыли, который окружает новую звезду. В течение миллионов лет гравитация стягивает газ и пыль вместе, образуя сгустки, которые в итоге превращаются в планеты. До недавнего времени было невозможно получить прямой вид натального диска, чтобы проследить за рождением планеты. Большинство наблюдаемых экзопланет слишком стары, поэтому их натальные диски уже исчезли.

Исключением, однако, является PDS 70 — натальный диск, который окутывает две зарождающиеся газовые экзопланеты-гиганты — похожие на Юпитер — под названием PDS 70b и PDS 70c. Расположенные всего в 366 миллионах световых лет от Земли в созвездии Центавра, планеты имеют возраст не более 5 миллионов лет.

В этой системе мы видим, что обе планеты еще формируются, как и материалы, из которых они образовались, — говорит Ванг.

Предыдущие исследования анализировали этот газовый диск, чтобы понять его состав. Впервые мы смогли измерить состав самой все еще формирующейся планеты и увидеть, насколько схожи материалы в ней по сравнению с материалами в диске.

Изучение планетарных отпечатков пальцев

Чтобы измерить состав материалов, Хсу, Ванг и их команда изучили свет, излучаемый PDS 70b. Этот свет, или спектр, похож на отпечаток пальца, который позволяет определить состав, движение, температуру и другие характеристики объекта. Каждая молекула или элемент имеет свой собственный спектр. Таким образом, изучая эти спектры, исследователи могут точно определить конкретные молекулы или элементы в объекте.

В своей предыдущей работе Ванг участвовал в разработке новых технологий фотоники, которые позволяют астрономам снимать спектры тусклых объектов, расположенных рядом с более яркими звездами. Исследователи использовали эту технику, чтобы определить слабые особенности молодой планетарной системы.

Эти новые инструменты позволяют снимать действительно подробные спектры слабых объектов рядом с очень яркими, — говорит Ванг.

Ведь проблема в том, что рядом с очень яркой звездой находится очень слабая планета. Трудно выделить свет планеты, чтобы проанализировать ее атмосферу.

С помощью спектров исследователи получили информацию о монооксиде углерода и воде на PDS 70b. На их основе они рассчитали предполагаемое соотношение углерода и кислорода в атмосфере планеты. Затем они сравнили это соотношение с данными предыдущих измерений газов в диске.

Изначально мы ожидали, что соотношение углерода и кислорода на планете будет таким же, как и на диске, — говорит Хсу.

Но вместо этого мы обнаружили, что соотношение углерода и кислорода на планете гораздо ниже, чем в диске. Это немного удивительно и показывает, что наша общепринятая картина формирования планет была слишком упрощенной.

Твердые компоненты могут быть причиной разницы

Чтобы объяснить это несоответствие, Хсу и Ванг считают, что здесь могут действовать два разных сценария. Согласно одному из них, планета могла сформироваться до того, как ее диск обогатился углеродом. Другое объяснение заключается в том, что планета могла вырасти в основном за счет поглощения большого количества твердых материалов в дополнение к газам. Хотя в спектрах видны только газы, часть углерода и кислорода изначально могла быть получена из твердого вещества — льда и пыли.

Если бы планета преимущественно поглощала лед и пыль, то эти лед и пыль должны были бы испариться, прежде чем попасть в планету, — говорит Ванг.

Таким образом, это может говорить о том, что мы не можем просто сравнивать газ с газом. Твердые компоненты могут оказывать существенное влияние на соотношение углерода и кислорода.

В рамках данного исследования команда изучала только PDS 70b. Далее они планируют пронаблюдать спектры другой планеты в системе PDS 70.

Изучив эти две планеты вместе, мы сможем еще лучше понять историю формирования системы, — говорит Хсу.

Но это всего лишь одна система. В идеале нам нужно выявить больше таких систем, чтобы лучше понять, как формируются планеты.

Ранее астрономы увидели рождение звезд благодаря огненной ленте Ориона.

18.12.2024


Подписаться в Telegram



Космос

Как Плутон потерял статус планеты и что нашли ученые
Как Плутон потерял статус планеты и что нашли ученые

Плутон открыли в 1930 году. Он стал ...

Свет из прошлого: «Евклид» открыл редкое космическое явление
Свет из прошлого: «Евклид» открыл редкое космическое явление

1 июля 2023 года космическая обсерватория Eucl...

13 миллиардов лет назад: как темная материя управляла галактиками
13 миллиардов лет назад: как темная материя управляла галактиками

Международная группа ученых нашла темную матер...

Небо в опасности: космический мусор угрожает авиации
Небо в опасности: космический мусор угрожает авиации

Космический мусор на орбите Земли станови...

Марсианские дюны под микроскопом: что скрывает Красная планета
Марсианские дюны под микроскопом: что скрывает Красная планета

Песчаные дюны на Марсе могут раскрыть тай...

Ученые открыли важный компонент звездообразования
Ученые открыли важный компонент звездообразования

Астрономы давно ищут ключевой фактор, который ...

Пять крупных инноваторов присоединяются к US Quantum in Space Collaboration
Пять крупных инноваторов присоединяются к US Quantum in Space Collaboration

Управление по технологическим переходам М...

Руководитель Biomass Майкл Ферингер, ESA: Мы передадим спутник людям
Руководитель Biomass Майкл Ферингер, ESA: Мы передадим спутник людям

Европейское космическое агентство, ESA, планир...

Астрономы в реальном времени увидели формирование джетов черных дыр
Астрономы в реальном времени увидели формирование джетов черных дыр

Впервые международная группа ученых наблюдала ...

Открытие аксиона поможет понять загадочные свойства темной материи
Открытие аксиона поможет понять загадочные свойства темной материи

Темная материя, которую часто называют невидим...

Борьба со складками: инновационный метод для космических мембран
Борьба со складками: инновационный метод для космических мембран

Выход за пределы земной гравитации требуе...

Новая миссия NASA Artemis LEXI покажет, как работает магнитный щит Земли
Новая миссия NASA Artemis LEXI покажет, как работает магнитный щит Земли

Новая революционная миссия в рамках прогр...

Найдены древние водоносные горизонты под поверхностью Марса
Найдены древние водоносные горизонты под поверхностью Марса

Марс, загадочная Красная планета, давно поража...

Как физика нейтрино раскрывает секреты Вселенной
Как физика нейтрино раскрывает секреты Вселенной

Нейтринная физика стала одной из самых пе...

A&A: Event Horizon Telescope продолжает раскрывать тайны черных дыр
A&A: Event Horizon Telescope продолжает раскрывать тайны черных дыр

Получив первые изображения черных дыр, новатор...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

Как ученые заставили микродроны работать часы напролет
Как ученые заставили микродроны работать часы напролет
IT-бум в Костроме: как новый корпус школы для айтишников изменит регион
IT-бум в Костроме: как новый корпус школы для айтишников изменит регион
Две казанские студентки, одно изобретение и большой шаг для экологии
Две казанские студентки, одно изобретение и большой шаг для экологии
Вода без яда: как томские ученые победили мышьяк
Вода без яда: как томские ученые победили мышьяк
Почему молодежь не хочет детей: цифры, игры и страх будущего
Почему молодежь не хочет детей: цифры, игры и страх будущего
GPT PHI-4 в деле: автоматизация облачных серверов стала проще
GPT PHI-4 в деле: автоматизация облачных серверов стала проще
Алмазы и технологии: МИФИ и Пекинский университет объединяют научные порывы
Алмазы и технологии: МИФИ и Пекинский университет объединяют научные порывы
Инновации в действии: что обсудят на Форуме технологий в Москве
Инновации в действии: что обсудят на Форуме технологий в Москве
Отключи интернет — почувствуй себя лучше: как два часа в день меняют жизнь
Отключи интернет — почувствуй себя лучше: как два часа в день меняют жизнь
Генетические ножницы CRISPR: новый шаг к лечению синдрома Дауна
Генетические ножницы CRISPR: новый шаг к лечению синдрома Дауна
Наука и Победа: школьники Чечни вспомнили великие достижения советских ученых
Наука и Победа: школьники Чечни вспомнили великие достижения советских ученых
Атомный ренессанс: Швеция возвращается к ядерной энергии
Атомный ренессанс: Швеция возвращается к ядерной энергии
Невидимая угроза: что скрывается в воздухе общественных туалетов
Невидимая угроза: что скрывается в воздухе общественных туалетов
Как Плутон потерял статус планеты и что нашли ученые
Как Плутон потерял статус планеты и что нашли ученые
Трава, которая объединяет: как пастбища снижают напряженность в Кении
Трава, которая объединяет: как пастбища снижают напряженность в Кении

Новости компаний, релизы

Более 200 нижегородцев посетили научные кинопоказы честь Дня российской науки
Школьников и студентов Хабаровского края приглашают написать всероссийский диктант «Наука во имя Победы»
На Фестивале «Москва — Точка старта» победили проекты из МИФИ
Проблемы коммуникации науки и бизнеса обсудили на Международной конференции в Кузбассе
Пластиковые окна Veka Softline 82