Газовый гигант — это большая планета, состоящая в основном из гелия и/или водорода.
Эти планеты, такие как Юпитер и Сатурн в нашей Солнечной системе, не имеют твердой поверхности, а вместо этого имеют вихревые газы над твердым ядром.
Экзопланеты газовых гигантов могут быть намного больше Юпитера и гораздо ближе к своим звездам, чем все, что можно найти в нашей Солнечной системе.
На протяжении большей части истории человечества наше понимание того, как планеты формируются и развиваются, основывалось на восьми (или девяти) планетах в нашей Солнечной системе.
Но за последние 25 лет открытие более 4000 экзопланет, или планет за пределами нашей Солнечной системы, все изменило.
Газовые гиганты, такие как Юпитер или Сатурн в нашей Солнечной системе, состоят в основном из гелия и/или водорода.
Газовые гиганты, расположенные ближе к своим звездам, часто называют «горячими юпитерами».
В этих широких категориях скрыто больше разнообразия.
Горячие юпитеры, например, были одними из первых обнаруженных типов экзопланет — газовые гиганты, подобные Юпитеру, да, но вращающиеся так близко к своим звездам, что их температура взлетает до тысяч градусов (по Фаренгейту или по Цельсию).
Эти большие планеты движутся по таким узким орбитам, что вызывают ярко выраженное «колебание» своих звезд, дергая свои звездные хозяева туда-сюда и вызывая измеримый сдвиг в спектре света от звезд.
Это облегчило обнаружение горячих юпитеров в первые дни поиска планет с использованием метода лучевой скорости.
Подобные по размеру Юпитеру, эти газовые планеты вращаются очень близко к своим родительским звездам, совершая оборот вокруг них всего за 18 часов.
У нас нет ничего похожего на них в нашей Солнечной системе, где самые близкие к Солнцу планеты скалистые и вращаются намного дальше.
Вопросы о горячих юпитерах столь же велики, как и сами планеты: формируются ли они близко к своим звездам или дальше от них, прежде чем мигрировать внутрь?
И если эти гиганты действительно мигрируют, что это может рассказать об истории планет в нашей Солнечной системе?
Чтобы ответить на эти вопросы, ученым нужно будет наблюдать за многими из этих горячих гигантов в самом начале их формирования.
Обнаружение экзопланеты "HIP 67522 b", которая считается самым молодым горячим Юпитером из когда-либо обнаруженных (в июне 2020 года), может расширить наше понимание.
Он вращается вокруг хорошо изученной звезды, возраст которой составляет около 17 миллионов лет, а это означает, что горячий Юпитер, вероятно, всего на несколько миллионов лет моложе, тогда как большинству известных горячих юпитеров более миллиарда лет.
Планете требуется около семи дней, чтобы совершить оборот вокруг своей звезды, которая имеет массу, подобную солнечной.
Расположенная всего в 490 световых годах от Земли, "HIP 67522 b" примерно в 10 раз больше диаметра Земли или близка к диаметру Юпитера.
Его размер убедительно указывает на то, что это планета с преобладанием газа.
Открытие дает надежду найти больше молодых горячих юпитеров и узнать больше о том, как формируются планеты во Вселенной.
Есть три основные гипотезы того, как горячие Юпитеры так близко подходят к своим родительским звездам.
Во-первых, они просто формируются там и остаются на месте.
Но трудно представить, что планеты формируются в такой интенсивной среде.
Мало того, что палящая жара испаряет большинство материалов, молодые звезды часто извергаются с мощными взрывами и звездными ветрами, потенциально рассеивая возникающие планеты.
Более вероятно, что газовые гиганты развиваются дальше от своей родительской звезды, за границей, называемой линией снега, где достаточно прохладно для образования льда и других твердых материалов.
Планеты, подобные Юпитеру, почти полностью состоят из газа, но имеют твердые ядра.
Этим ядрам было бы легче сформироваться за линией снега, где замороженные материалы могли бы сцепляться друг с другом, как растущий снежный ком.
Две другие гипотезы предполагают, что это так и что горячие юпитеры приближаются к своим звездам.
Но какова будет причина и время миграции?
Одна идея утверждает, что горячие юпитеры начинают свое путешествие в начале истории планетной системы, когда звезда все еще окружена диском из газа и пыли, из которого образовались и она, и планета.
В этом сценарии гравитация диска, взаимодействующая с массой планеты, может прервать орбиту газового гиганта и заставить его мигрировать внутрь.
Третья гипотеза утверждает, что горячие юпитеры приближаются к своей звезде позже, когда миграция может быть вызвана гравитацией других планет вокруг звезды.
Тот факт, что "HIP 67522 b" находится так близко к своей звезде так рано после ее образования, указывает на то, что эта третья гипотеза, вероятно, в данном случае неприменима.
Но одного молодого горячего Юпитера недостаточно, чтобы решить спор о том, как они все формируются.
В 2007 году астрономы с помощью космического телескопа НАСА «Спитцер» обнаружили доказательства того, что газовые планеты-гиганты формируются быстро, в течение первых 10 миллионов лет жизни звезды, подобной Солнцу.
Газовые гиганты могут зародиться в богатом газом обломочном диске, окружающем молодую звезду.
Ядро, образовавшееся в результате столкновений астероидов и комет, дает зародыш, и когда это ядро достигает достаточной массы, его гравитационное притяжение быстро притягивает газ из диска, образуя планету.
Ученые с помощью "Spitzer" и наземных телескопов искали следы газа около 15 различных звезд, подобных Солнцу, возраст большинства из которых колеблется от 3 до 30 миллионов лет.
С помощью инфракрасного спектрометра "Спитцера" они смогли искать относительно теплый газ во внутренних областях этих звездных систем, в области, сравнимой с зоной между Землей и Юпитером в нашей Солнечной системе.
Они также использовали наземные радиотелескопы для поиска более холодного газа во внешних областях этих систем, области, сравнимой с зоной вокруг Сатурна и за ее пределами.
Все звезды в исследовании, в том числе те, которым всего несколько миллионов лет, имеют менее 10 процентов массы Юпитера в газе, вращающемся вокруг них.
Это указывает на то, что газовые планеты-гиганты, такие как Юпитер и Сатурн, уже сформировались в этих молодых планетных системах или никогда не сформируются.
Исследуйте типы планет: газовые гиганты, нептунианские экзопланеты, суперземли и планеты земного типа.
Или перейдите к строительным блокам галактик: звездам!
