Jupiter možda jeste kralj planeta u našem Sunčevom sistemu, ali u drugim zvjezdanim sistemima širom galaksije još veće planete kruže milijardama kilometara od svojih zvijezda, na mjestima gdje se tradicionalne teorije o njihovom nastanku teško uklapaju.
U novoj studiji, istraživačice i istraživači su analizirali tri masivna gasovita džina udaljena oko 130 svjetlosnih godina, koristeći hemiju njihovih atmosfera kako bi ispitali kako se formiraju tako ogromne planete.
Četiri poznata gasovita džina kruže oko HR 8799, zvijezde tipa F u sazviježđu Pegaz. Sve su ogromne, sa masama od pet do deset puta većim od mase Jupitera. Koristeći spektre srednje rezolucije dobijene sa svemirskog teleskopa „James Webb“, istraživačice su sprovele detaljnu analizu sastava atmosfera tri unutrašnje planete sistema, na talasnim dužinama između tri i pet mikrona.
Gasoviti džinovi mogu dostići maseni opseg smeđih patuljaka – objekata koji kratkotrajno spajaju deuterijum, ali astronomkinje vjeruju da ta dva tipa objekata nastaju na suštinski različite načine.
Smatra se da se planete uglavnom formiraju akrecijom jezgra, procesom „odozdo nagore“, u kojem jezgra postepeno rastu dok se čvrsta materija zgrušava oko njih u protoplanetarnom disku. To je preovladavajuća priča o nastanku Jupitera i Saturna, ali da li je takav scenarij moguć u sistemu poput HR 8799, gdje masivniji giganti kruže na ogromnim udaljenostima?
Te udaljenosti kreću se od 15 do 70 astronomskih jedinica (dvije do deset milijardi kilometara). Na tim razdaljinama, neke stručnjakinje sumnjaju da bi tako masivne planete mogle nastati akrecijom jezgra, jer se taj proces odvija presporo da bi se završio prije nego što se disk rasprši. Jedno od mogućih rješenja bilo je da takvi svjetovi nastaju gravitacionim kolapsom, slično zvijezdama.
Da bi testirale tu ideju, naučnice su koristile podatke sa teleskopa „James Webb“ kako bi potražile sumporm element koji ukazuje na akreciju čvrstog materijala.
„Sa svojom neviđenom osjetljivošću, ‘James Webb’ nam omogućava najdetaljnije proučavanje atmosfera ovih planeta“, kaže jedna od vodećih autorica studije, astronomkinja Jean-Baptiste Ruffio sa Univerziteta Kalifornije u San Diegu (University of California, San Diego).
Autorice su pronašle snažne dokaze o prisustvu vodonik-sulfida u planetama HR 8799 c i d.
„Otkrivanjem sumpora možemo zaključiti da su planete sistema HR 8799 vjerovatno nastale na sličan način kao Jupiter, uprkos tome što su deset puta masivnije, što je bilo neočekivano“, kaže Ruffio.
Iako su planete hiljadama puta slabijeg sjaja od svoje zvijezde, osjetljivost teleskopa omogućila je istraživačicama da razdvoje njihove blijede signale od blještavila zvijezde.
„Na kraju smo detektovali nekoliko molekula, neke i prvi put, uključujući vodonik-sulfid“, kaže astronomkinja Jerry Xuan sa Univerziteta Kalifornije u Los Angelesu (UCLA), koautorka studije.
Planete su jednolično obogaćene teškim elementima, što ukazuje na to da su tokom formiranja inkorporirale velike količine čvrstog materijala.
„Ne postoji način da formiranje planeta bude toliko efikasno na tim udaljenostima“, kaže Michael Meyer, astronom sa Univerziteta Michigan (University of Michigan).
Istraživačice će morati proučiti i druge sisteme, ali za sada je efikasnost kojom su nastale ove tri masivne planete prava zagonetka. „Zaista smo suočeni sa misterijom“, zaključuje Meyer.