Najnowsze badania przeprowadzone przy użyciu Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba rzucają nowe światło na odwieczne pytanie astronomów: gdzie przebiega granica między największymi planetami a najmniejszymi gwiazdami? Odpowiedź na to pytanie okazuje się bardziej złożona, niż wcześniej sądzono. Zależy nie tylko od masy obiektu, ale przede wszystkim od mechanizmu jego powstania. Pisze o tym w najnowszym numerze czasopismo "Astrophysical Journal Letters".
Obiektem, który znalazł się w centrum zainteresowania naukowców, jest 29 Cygni b - ciało niebieskie o masie około 15 razy większej niż masa Jowisza. Tak duża masa plasuje je dokładnie na granicy między planetami a tzw. brązowymi karłami, czyli najmniejszymi gwiazdami. Kluczowe pytanie dotyczyło tego, czy 29 Cygni b powstała w wyniku procesu charakterystycznego dla planet, czy raczej dla gwiazd.
W Układzie Słonecznym planety powstają w tzw. procesie oddolnym, w którym drobne cząstki pyłu i lodu stopniowo łączą się, tworząc coraz większe obiekty, aż do powstania protoplanet, a następnie planet. Gwiazdy natomiast rodzą się w procesie odgórnym, kiedy ogromne obłoki gazu i pyłu dzielą się i pod wpływem grawitacji tworzą mniejsze, gęste jądra, które zapadają się i rozpoczynają reakcje termojądrowe.
Zespół astronomów wykorzystał niezwykle czułą kamerę NIRCam na pokładzie teleskopu Jamesa Webba, aby bezpośrednio zobrazować 29 Cygni b. Obiekt ten okrąża swoją gwiazdę w odległości około 2,4 miliarda kilometrów, porównywalnej z promieniem orbity Urana w naszym Układzie Słonecznym. Takie położenie oraz masa sprawiają, że 29 Cygni b mogła powstać zarówno w wyniku akrecji w dysku protoplanetarnym, jak i poprzez fragmentację obłoku gazowego.
29 Cygni b była pierwszym z czterech obiektów wybranych w ramach programu, z których wszystkie mają masę od 1 do 15 razy większą niż Jowisz. To właśnie ona dostarczyła jednak najbardziej przełomowych danych. Zespół naukowców skupił się na analizie składu chemicznego atmosfery tego obiektu, poszukując oznak pochłaniania światła przez tlenek węgla (CO) i dwutlenek węgla (CO₂). Pozwoliło to określić zawartość pierwiastków cięższych od wodoru i helu.
Okazało się, że 29 Cygni b jest silnie wzbogacona w takie pierwiastki w porównaniu do swojej gwiazdy macierzystej, która ma skład podobny do naszego Słońca. Biorąc pod uwagę masę planety, ilość ciężkich pierwiastków, które zawiera, odpowiada około 150 Ziemiom. Sugeruje to, że powstała ona w wyniku powiązania dużej ilości materii z dysku protoplanetarnego. Zespół wykorzystał także naziemną sieć teleskopów optycznych CHARA (Center for High Angular Resolution Astronomy), aby potwierdzić, że płaszczyzna orbity planety jest powiązana z kierunkiem rotacji gwiazdy. Takie ustawienie jest typowe dla planet powstałych w dysku protoplanetarnym, a nie dla obiektów, które powstały w wyniku fragmentacji obłoku gazowego.
Odkrycie to ma ogromne znaczenie dla zrozumienia procesów formowania się planet i gwiazd. Dotychczas sądzono, że bardzo masywne obiekty, takie jak 29 Cygni b, mogą powstawać wyłącznie w wyniku fragmentacji obłoku gazowego, czyli w sposób typowy dla gwiazd. Tymczasem nowe dane sugerują, że nawet tak masywne planety mogą formować się poprzez akrecję w dysku protoplanetarnym, o ile dysk ten jest wystarczająco masywny i bogaty w cięższe pierwiastki.
To odkrycie otwiera nowe perspektywy dla badań nad powstawaniem planet olbrzymów i może wymusić rewizję dotychczasowych modeli teoretycznych. W przyszłości zespół naukowców planuje przeanalizować pozostałe obiekty z tej samej serii obserwacji, aby sprawdzić, czy podobne mechanizmy dotyczą także innych masywnych planet.