Современная астрономия переживает эпоху сдвига парадигм. Благодаря новым телескопам, инструментам и машинному обучению, астрономы проводят более глубокие исследования и меняют устоявшиеся представления. Одним из таких открытий стала неожиданная находка в планетной системе PDS 70, которая бросает вызов традиционному представлению о формировании планетных систем.

Команда астрономов под руководством Чих-Чуна Хсу из Центра междисциплинарных исследований и исследований в астрофизике (CIERA) в Северо-Западном университете провела исследование экзопланеты PDS 70b, которая обращается вокруг молодой переменной звезды на расстоянии примерно 366 световых лет от Земли. Используя инструмент Keck Planet Imager and Characterizer (KPIC) в обсерватории Кеке, учёными были получены спектры PDS 70b, которые показали присутствие углекислого газа (CO) и воды в атмосфере планеты.

Протопланетный диск PDS 70 с планетой PDS 70b (пятно справа).
Источник: ESO / A. Müller et al.

Однако анализ спектров выявил несоответствие между газами в атмосфере планеты и газами в диске. Это открытие стало неожиданным, поскольку традиционно считается, что планетные системы формируются из облаков газа и пыли (туманностей), которые сжимаются в гравитационном коллапсе, образуя новую звезду. Остатки газа и пыли затем оседают в протопланетном диске вокруг новой звезды, который постепенно уплотняется, образуя планеты.

«Изначально мы ожидали, что соотношение углерода и кислорода в планете будет подобно соотношению в диске. Но вместо этого мы обнаружили, что углерода, относительно кислорода, в планете было намного ниже, чем его соотношение в диске. Это было удивительно и показывает, что наша широко принятая картина формирования планет была слишком упрощенной», — рассказал Хсу.

Команда предложила два возможных объяснения этого несоответствия. Одно из них предполагает, что планета могла сформироваться до того, как её диск стал обогащён углеродом, или что планета могла вырасти в основном за счёт поглощения больших количеств твёрдых материалов, кроме газов. Хотя спектры показывают только газы, команда отмечает, что часть углерода и кислорода могла аккрецировать из твёрдых частиц, захваченных в лёд и пыль.

Иллюстрация протопланетного диска, в котором формируются планеты. 
Источник: ESO / L. Calçada

«Для наблюдательных астрофизиков одна широко принятая картина формирования планет, вероятно, была слишком упрощенной. В этой картине соотношение углерода и кислорода в атмосфере планеты должно совпадать с соотношением углерода и кислорода в её протопланетном диске, предполагая, что планета аккрецирует материалы через газы в диске. Вместо этого мы обнаружили планету с соотношением углерода и кислорода, которое намного ниже, чем в диске», — сказал Хсу.

Открытие команды Хсу бросает вызов традиционному представлению о формировании планетных систем и открывает новые возможности для исследований в этой области. Учёные планируют продолжить исследование планетной системы PDS 70, чтобы лучше понять историю её формирования и получить новые данные о формировании планетных систем.