Астрономи отримали найточніші на сьогодні дані про атмосферу молодого газового гіганта Beta Pictoris b, який приблизно у 11 разів масивніший за Юпітер. Нові спостереження показали, що співвідношення ізотопів вуглецю на цій планеті практично не відрізняється від сонячного. Це ставить під сумнів одну з найперспективніших методик, за допомогою якої вчені сподівалися визначати місце народження далеких планет.
Дослідження опубліковане в журналі Astronomy & Astrophysics.
Протягом останніх років науковці припускали, що співвідношення двох ізотопів вуглецю — легкого (^12C) і важчого (^13C) — може зберігати інформацію про те, де саме в протопланетному диску сформувався газовий гігант.
Ідея ґрунтувалася на тому, що за певною відстанню від зорі, так званою «сніговою межею», чадний газ замерзає. Вважалося, що цей лід містить більше важкого ізотопу вуглецю. Якщо планета формувалася переважно з такого матеріалу, її атмосфера мала б демонструвати підвищений вміст ^13C.
У 2021 році одна з робіт навіть повідомила про молоду планету, атмосфера якої нібито підтверджувала цю гіпотезу. Однак нові вимірювання змусили переглянути ці висновки.
Команда під керівництвом Антонії фон Штауффенберг із Інституту астрономії Макса Планка обрала для дослідження Beta Pictoris b — одну з небагатьох екзопланет, яку вдалося безпосередньо сфотографувати. Для спостережень учені використали модернізований комплекс GRAVITY+, який поєднує світло чотирьох великих телескопів Європейської південної обсерваторії в Чилі.
Протягом семигодинних спостережень у грудні 2024 року дослідники отримали значно точніші дані, ніж будь-коли раніше. Аналіз показав, що співвідношення легкого та важкого ізотопів вуглецю становить приблизно 91, що майже збігається із сонячним показником 89. Для порівняння, міжзоряний газ поблизу Сонця має значення близько 68.
Паралельне дослідження, виконане за допомогою іншого приладу, дало практично ідентичний результат. Це підтвердило достовірність вимірювань, але водночас поставило під сумнів саму концепцію використання ізотопів вуглецю як індикатора місця формування планет.
Науковці зазначають, що майже всі молоді газові гіганти, атмосфери яких уже вдалося дослідити, демонструють дуже схожі значення. Якщо показники практично однакові незалежно від планети, цей метод більше не дозволяє визначити, чи сформувалася вона близько до своєї зорі, чи далеко за межами «снігової лінії».
Існує кілька можливих пояснень такої ситуації. Планета могла накопичувати матеріал із різних ділянок диска, що «усереднило» хімічний склад. Також можливо, що сучасні моделі поведінки чадного газу в крижаному стані є надто спрощеними. Не виключено й те, що еволюція складу вуглецю в нашій галактиці поступово стирає ці відмінності.
Під час тривалих спостережень астрономи зробили ще одну цікаву знахідку. Вони виявили слабкі періодичні зміни яскравості Beta Pictoris b, які повторюються приблизно кожні 4,4 години. Це може свідчити про наявність неоднорідних хмар або змін у складі атмосфери, що стають помітними під час обертання планети. Втім, поки що цей сигнал потребує додаткового підтвердження.
Отримані результати означають, що пошук «хімічного відбитка» місця народження екзопланет доведеться починати практично заново. Майбутні покоління надпотужних телескопів допоможуть знайти інші маркери, які дозволять краще зрозуміти, як формуються газові гіганти та як змінюються їхні орбіти протягом мільярдів років.