Астрономы уже давно подозревали, что масса планеты связана с ее скоростью вращения. В Солнечной системе это хорошо видно на примере Юпитера и Сатурна: оба гиганта делают оборот вокруг своей оси примерно за десять часов и несут на себе значительную часть всего вращательного «запаса» системы. Но распространяется ли эта закономерность на другие миры? Международная команда специалистов решила проверить это на экзопланетах и коричневых карликах с помощью обсерватории Кека на Гавайях.
Ученые изучили 32 объекта в далеких звездных системах — шесть гигантских планет крупнее Юпитера и 25 коричневых карликов-компаньонов. Помимо этого, астрономы добавили данные прошлых наблюдений и собрали расширенную выборку из 43 планет и субзвездных спутников, а также 54 свободно плавающих коричневых карликов и объектов планетной массы.
Ключевым инструментом стал спектрограф KPIC, установленный на телескопе Кека. Он позволяет выделить свет от самой планеты и измерить, как быстро она вращается. Когда объект крутится, линии в его спектре немного «размазываются» — по этому эффекту можно вычислить скорость вращения атмосферы.
Оказалось, что газовые гиганты, если учитывать их массу, размер и возраст, в среднем вращаются быстрее, чем их более массивные родственники — коричневые карлики. Этот нюанс — важная подсказка к вопросу о происхождении таких миров. Многие из планет находятся очень далеко от своих звезд — на десятках и даже сотнях астрономических единиц, то есть в десятки и сотни раз дальше, чем Земля от Солнца. В связи с этим, астрономы спорят, формируются ли они постепенно в околозвездном диске или рождаются как звезды — из прямого гравитационного коллапса. И новые наблюдения могут наконец-то дать ответ на этот вопрос.
«Вращение — это своего рода ископаемая запись о том, как сформировалась планета, — говорит ведущий автор работы, научный сотрудник Северо-Западного университета Дино Чи-Чунь Сюй. — Измеряя, насколько быстро вращаются эти миры, мы можем восстановить физические процессы, которые формировали их десятки и сотни миллионов лет назад».
Особенно показателен пример системы HR 8799. В ней есть газовый гигант массой примерно в семь Юпитеров, который вращается в шесть раз быстрее, чем соседний коричневый карлик массой около 24 Юпитеров. По мнению астрономов, более массивный объект в молодости сильнее тормозился из-за мощного магнитного поля и взаимодействия с окружающим диском вещества.
Ученые подчеркивают, что распределение вращательного момента влияет на архитектуру всей планетной системы. В будущем они рассчитывают измерять вращение у еще большего числа миров, в том числе, у «планет-изгоев», не привязанных ни к одной звезде. Новые инструменты, в частности, спектрограф HISPEC, который заработает в 2027 году, помогут понять, насколько типичен наш Юпитер и как связаны вращение, состав атмосферы и история рождения планет.
Ранее ученые узнали, что у планет-изгоев могут быть обитаемые спутники.