Ученые выяснили, почему Юпитер не превратился в звезду

Ученые с помощью компьютерного моделирования выяснили, что коричневые карлики изначально формировались как звезды, а газовые гиганты — как планеты. 

Коричневые карлики — это космические объекты с массами в диапазоне от 0,012 до 0,077 массы Солнца, или от 13 до 80 масс Юпитера. Они имеют общие характеристики как с планетами, так и со звездами, поэтому их иногда называют субзвездами. Они более крупные, чем планеты-гиганты, но недостаточно массивны, чтобы сиять, как настоящие звезды. Прошлые исследования показали, что коричневые карлики, вращающиеся вокруг звезд, вероятно, сами сформировались как маломассивные звезды. Как и в звездах, в их недрах происходит ядерный синтез, но после исчерпания запасов ядер легких элементов термоядерные реакции прекращаются.
Американские астрономы во главе с Бренданом Боулером (Brendan Bowler) из Техасского университета в Остине, используя прямые изображения с наземных телескопов на Гавайах — обсерватории Кека и телескопа "Субару", изучили орбиты таких спутников, вращающихся вокруг своих звезд в 27 планетных системах.

Современная техника позволяет получать прямые изображения объектов с массой от 1 массы Юпитера. Однако не всегда понятно, является ли крупный объект, обнаруженный на внешней окраине той или иной планетной системы, планетой-гигантом или небольшим коричневым карликом.

"По мере того как технология совершенствовалась, один из важнейших вопросов, который возник — какова природа спутников, которые мы находим? — Приводятся в пресс-релизе обсерватории Кека слова Брендана Боулера. — Один из способов разобраться в этом — изучить динамику системы, посмотреть на орбиты. Их орбиты сегодня являются ключом к раскрытию их эволюции".

Но наблюдения за орбитальным вращением газовых гигантов и коричневых карликов — очень длительный процесс. Они располагаются настолько далеко от своих звезд, что один оборот может занять сотни лет. Поскольку большинство объектов были открыты за последние одно-два десятилетия, у ученых есть изображения, соответствующие лишь нескольким процентам от общей орбиты каждого.

Используя систему адаптивной оптики, ученые сделали снимки гигантских планет и коричневых карликов, зафиксировав с высокой точностью их нынешнее движение вокруг своих родительских звезд. Затем, объединив эти данные со всеми предыдущими наблюдениями, опубликованными другими астрономами или доступными в архивах телескопов, они провели компьютерное моделирование. В результате был получен набор возможных вариантов орбит для каждого спутника.

"Любое, даже небольшое движение дает облако возможных орбит, — отмечает ученый. — Чем меньше облако, тем ближе астроном приближается к истинной орбите спутника".

С помощью специально разработанной программы Orbitize!, которая использует законы движения Кеплера, исследователи проверили, какие типы орбит соответствуют измеренным положениям, а какие нет.

"Вместо того чтобы ждать десятилетия или столетия, пока планета совершит полный оборот, мы можем компенсировать короткие временные рамки наших наблюдений очень точными измерениями положения, — говорит другой участник исследования Эрик Нильсен (Eric Nielsen) из Стэнфордского университета. — "Orbitize!, которую мы разработали специально для частичных орбит, позволила нам находить орбиты даже для спутников самого длинного периода".

Поиск формы орбиты является ключевым в определении типа объекта. Те, которые имеют более круговые орбиты, вероятно, сформировались как планеты, а те, чьи орбиты вытянутые, — как звезды. В последнем случае звездообразующее облако газа и пыли в свое время разделилось на две части — из одной сформировалась звезда, из другой — коричневый карлик, вращающийся вокруг этой звезды. Ученые говорят, что это, по сути, двойные звездные системы, которые содержат одну настоящую звезду и одну "неудавшуюся".

Главным результатом исследования, по мнению авторов, является то, что им удалось показать, что планеты-гиганты и коричневые карлики формировались принципиально по-разному.

"Несмотря на то, что этим спутникам миллионы лет, память о том, как они сформировались, все еще закодирована в их нынешних орбитах", — отмечает Нильсен.