Астрономы раскрыли связь между массой и скоростью вращения газовых гигантов

Международная группа астрономов под руководством Дино Чи-Чун Сюй из Центра междисциплинарных исследований в области астрофизики (CIERA) с использованием обсерватории WM Keck на Гавайях обнаружила прямую связь между массой газовых гигантов и скоростью их вращения. Ученые выяснили, что менее массивные планеты, сравнимые с Юпитером, вращаются значительно быстрее своих более тяжелых собратьев — коричневых карликов, что объясняется тормозящим эффектом сильных магнитных полей на ранних этапах формирования. Результаты этого масштабного исследования, охватившего 32 газовых гиганта и коричневых карлика в далеких системах, опубликованы в журнале The Astronomical Journal.

Используя спектрограф высокого разрешения Keck Planet Imager and Characterizer (KPIC), установленный на телескопе обсерватории WM Keck на вершине Мауна-Кеа, исследовательская группа провела детальный анализ 32 объектов: шести гигантских планет, превосходящих по размерам Юпитер, и 25 коричневых карликов.

Для обеспечения надежности выводов ученые также объединили эти данные с историческими наблюдениями, создав тщательно отобранную выборку из 43 звездных и субзвездных компаньонов, а также 54 свободно плавающих коричневых карликов и объектов планетарной массы. Ключевым параметром, который позволили измерить спектры высокого разрешения, стала скорость вращения этих удаленных миров, многие из которых находятся на расстоянии от десятков до сотен астрономических единиц от своих родительских звезд.

Полученные данные наглядно демонстрируют, что газовые гиганты с массой, сопоставимой с юпитерианской, вращаются вокруг своей оси быстрее, чем их более массивные аналоги. Эта закономерность проявляется при учете таких факторов, как масса, размер и возраст объекта.

Наиболее яркой иллюстрацией сложной взаимосвязи стало сравнение объектов внутри системы HR 8799. Газовый гигант с массой, примерно в семь раз превышающей массу Юпитера, вращается в шесть раз быстрее, чем коричневый карлик в той же системе, масса которого в 24 раза больше юпитерианской. По мнению ученых, такое разительное отличие объясняется тем, что более массивный коричневый карлик обладает гораздо более сильным магнитным полем, которое на ранних стадиях его формирования эффективно взаимодействовало с околопланетным диском, замедляя вращение объекта.

В исследовании приняли участие специалисты из ведущих научных центров, включая Калифорнийский университет в Сан-Диего, Калифорнийский технологический институт, обсерваторию Стюарда, Лабораторию реактивного движения НАСА и другие организации.

Как отметил ведущий автор Дино Чи-Чун Сюй, вращение планеты является своего рода летописью, хранящей информацию о физических процессах, которые формировали мир десятки и сотни миллионов лет назад. Понимание того, как распределяется угловой момент между планетами, напрямую влияет на общую архитектуру планетной системы.

В этом контексте даже вращение Земли и генерация ее магнитного поля в конечном итоге связаны с тем, как был сбалансирован этот момент при формировании Солнечной системы. Инструмент KPIC открыл совершенно новый способ изучения экзопланет, позволив измерить свойства, которые ранее было практически невозможно обнаружить.

В итоге ученые не только подтвердили теоретически предсказанную зависимость между массой и скоростью вращения для газовых гигантов и коричневых карликов, но и заложили основу для будущих открытий. С вводом в строй в 2027 году нового спектрографа HISPEC, который обладает повышенной чувствительностью и большим спектральным разрешением, астрономы смогут измерять вращение еще более мелких и удаленных планет, включая объекты, подобные Юпитеру. Это позволит определить, насколько типичной является наша планетная система, и связать воедино вращение, химический состав и историю формирования планетных систем в целом.

Присоединяйтесь к нам в соцсетях