Космічний телескоп James Webb здійснив перше пряме спектроскопічне спостереження GJ 504 b — компаньйона зорі GJ 504, який до появи Джеймса Вебба вважався одним із найхолодніших прямо сфотографованих об'єктів дозоряної маси. Нові дані показали хмари в атмосфері та можливе збагачення важкими елементами, що дає натяк на шлях формування цього незвичайного тіла.

Об'єкт на межі планети і карлика

GJ 504 b обертається навколо зорі, розташованої приблизно за 57 світлових років від Землі. Його маса становить 25,2 маси Юпітера — це майже вдвічі більше за поріг у приблизно 13 мас Юпітера, який астрономи умовно використовують для розмежування планет і бурих карликів (об'єктів, недостатньо масивних для повноцінних термоядерних реакцій водню, але здатних на короткий час підтримувати згорання дейтерію). Формально за масою GJ 504 b опиняється у категорії бурого карлика, хоча його історично класифікували як планетоподібний компаньйон.

До нинішньої роботи про атмосферу об'єкта було відомо небагато. Дослідники мали лише фотометричні дані — вимірювання яскравості у кількох окремих ділянках спектра, отримані наземними та космічними інструментами до запуску Джеймса Вебба. Такі дані дозволяють оцінити приблизну температуру й розмір, але майже нічого не кажуть про хімічний склад атмосфери чи наявність хмар.

Що показала спектроскопія

Команда під керівництвом Анеша Бабураджа використала високоточну спектроскопію JWST, здатну реєструвати слабке світло об'єктів, розташованих поруч із яскравими зорями. Це дозволило вперше отримати повноцінний спектр GJ 504 b — розклад його світла за довжинами хвиль, який відображає поглинання й випромінювання різних молекул та частинок в атмосфері.

Аналіз спектра виявив ознаки хмар. Хмари на таких холодних об'єктах формуються не з водяної пари, як на Землі, а зазвичай зі сполук на кшталт сульфідів чи силікатів, що конденсуються за низьких температур поза зоряним теплом. Крім того, спектр показав підвищений вміст важких елементів (у астрономії їх узагальнено називають металами — усе, що важче за водень і гелій) порівняно з тим, що очікувалося для об'єкта такої маси.

Дослідники підкреслюють обережність у формулюваннях: мова йде про можливе збагачення металами, а не про остаточно підтверджений факт. Потрібні додаткові спостереження й точніші моделі атмосфер холодних об'єктів, аби впевнено інтерпретувати сигнал.

Що це означає для формування планет

Підвищена металічність традиційно розглядається як ознака формування через акрецію на тверде ядро — сценарій, за яким зазвичай утворюються планети-гіганти на кшталт Юпітера і Сатурна. У цьому процесі спочатку формується тверде ядро з пилу та льоду, яке потім притягує навколишній газ. Такий шлях відрізняється від прямого гравітаційного колапсу газопилової хмари, характерного для формування зір і, ймовірно, багатьох бурих карликів.

Якщо припущення про збагачення металами підтвердиться, це означатиме, що GJ 504 b, попри масу на рівні бурого карлика, міг сформуватися за планетним сценарієм. Це важливо для розуміння того, наскільки чітко взагалі можна розділяти планети й бурі карлики лише за масою — можливо, спосіб формування об'єкта інформативніший за просте порівняння з межею у 13 мас Юпітера.

Що далі

Спостереження GJ 504 b — частина ширшої програми JWST-TST High Contrast, спрямованої на пряме вивчення планетоподібних компаньйонів зір за допомогою високоточної спектроскопії космічного телескопа. Автори роботи розглядають цей результат як демонстрацію можливостей методу для холодних, тьмяних об'єктів, спектри яких раніше були недоступні. Подальші спостереження інших компаньйонів зі схожими характеристиками допоможуть перевірити, чи є збагачення металами загальною закономірністю для об'єктів на межі планет і бурих карликів, чи особливістю саме GJ 504 b.