Четыре гиганта и следы снежных линий экспресс
В 130 световых годах от нас вокруг молодой звезды HR 8799 кружат четыре планеты-гиганта — каждая тяжелее Юпитера в 5–10 раз. Они находятся далеко от звезды, на расстояниях от 15 до 70 астрономических единиц (одна астрономическая единица — это расстояние от Земли до Солнца). Телескоп Джеймса Уэбба заглянул в их атмосферы и увидел, что состав газов у всех разный.
Спектрометр NIRSpec разложил свет планет на тысячи оттенков, как призма разлагает солнечный луч. По тёмным полосам в этом «радужном» спектре учёные определили, какие газы есть в атмосферах. У всех четырёх планет нашли воду, метан, угарный газ, углекислый газ и сероводород. А вот аммиак обнаружился только у самой далёкой планеты — HR 8799 b.
Дальше учёные сравнили, сколько в атмосферах разных элементов по отношению к водороду — углерода, кислорода, азота и серы. Оказалось, что углерода и кислорода у всех планет примерно поровну: в 3–5 раз больше, чем у самой звезды. А вот серы больше у тех планет, что дальше от звезды. Сера входит в состав тугоплавких пылинок и камешков, поэтому её избыток — намёк, что дальние планеты собрали больше твёрдого материала.
По количеству аммиака у планеты b подсчитали, что азота в её атмосфере в 21 раз больше, чем у звезды. Это значит, планета b поглощала газ, богатый азотом, — такой газ мог находиться только за «снеговой линией» азота. Снеговая линия — это граница в диске, где вещество перестаёт быть газом и замерзает в лёд. У воды своя снеговая линия, у углекислого газа — своя, у азота — ещё дальше от звезды. Планета b, судя по всему, сформировалась между снеговой линией угарного газа и снеговой линией азота.
Из этих данных вырисовывается картина: внутренние планеты (c, d, e) собрали газ, обогащённый угарным газом, внутри его снеговой линии. А внешняя планета b добавила к своему «меню» азотный лёд. Чтобы объяснить избыток летучих веществ, учёные посчитали, сколько ледяных камешков должно было испариться у снеговых линий. Получилось, что через диск прошёл поток камешков общей массой около 750 масс Земли. Эта цифра согласуется с моделями роста планет и из камешков, и из планетезималей (зародышей планет).
Так, четыре далёкие планеты, как четыре свидетеля, рассказали о том, как в молодой системе двигались и испарялись ледяные частицы. Их состав — это не просто набор газов, а карта условий, в которых они родились.
Система HR 8799 стала первой, где планеты увидели напрямую, а не по косвенным признакам. В 2008 году астрономы получили снимки сразу трёх планет, а четвёртую нашли позже.