[JWST] Где проходит граница между звездой и планетой? Спросите JWST

На этой художественной иллюстрации показан субзвёздный объект 29 Cygni b. Он примерно в 15 раз массивнее Юпитера и обращается на большом расстоянии от своей звезды. Он находится на границе между звездой и планетой.

Credit: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI)

Universe Today, 15 апреля 2026 года

Некоторые из наиболее важных с научной точки зрения астрономических объектов — это те, которые размывают границы определений. Такие объекты существуют в «серых зонах» между конкурирующими классификациями. Они побуждают астрономов к более глубокому и всестороннему пониманию природы. 

Одна из таких важных границ разделяет планеты и звёзды.

Очевидно, что планеты с твёрдой поверхностью в нашей Солнечной системе — это планеты. И очевидно, что газовые и ледяные гиганты — тоже планеты.

Но границу между массивным газовым гигантом и звездой определить сложнее.

Коричневые карлики находятся в этой серой зоне и иногда называются «несостоявшимися звёздами», поскольку они способны к термоядерному синтезу дейтерия, но не водорода. Дело не в составе: Юпитер в основном состоит из водорода и гелия, как и звёзды, и как коричневые карлики. Скорее, граница может определяться не составом, а способом формирования объектов — тем, как образуются планеты и как формируются более массивные объекты, такие как звёзды.

Планеты формируются в протопланетных дисках вокруг молодых звёзд.

В общих чертах, это процесс «снизу вверх», через аккрецию: пылевые частицы слипаются в камни,

камни — в более крупные обломки, обломки — в планетезимали, а те — в планеты. Некоторые из них захватывают большое количество газа и превращаются в газовые или ледяные гиганты. Деталей в этом процессе гораздо больше, и остаётся множество нерешённых вопросов, но такова общая схема.

Звёзды формируются иначе.

Они возникают в массивных газовых облаках, которые распадаются на более плотные фрагменты, накапливающие всё больше газа. В итоге масса и плотность достигают уровня, при котором запускается термоядерный синтез, и рождается звезда главной последовательности.

Этот процесс коллапса и фрагментации может происходить и в протопланетных дисках, что может объяснять некоторые массивные экзопланеты, обнаруженные на больших расстояниях от своих звёзд.

Таким образом, граница между двумя процессами и двумя типами объектов остаётся неясной, и в неё попадают коричневые карлики и предел горения дейтерия.

Теперь новое исследование с использованием космического телескопа Джеймса Уэбба позволило напрямую получить изображение объекта, находящегося на этой границе.

Он называется 29 Cygni b.

Его масса составляет около 15 масс Юпитера, и он обращается вокруг звезды главной последовательности спектрального класса A на расстоянии примерно 2,4 миллиарда километров.

Его масса указывает на звёздную природу, но JWST также обнаружил в его атмосфере тяжёлые элементы, такие как углерод и кислород, что говорит о формировании по планетному сценарию в протопланетном диске.

JWST получил прямое изображение 29 Cygni b с помощью коронографа и обнаружил в его атмосфере угарный газ (CO) и углекислый газ (CO₂).

Image Credit: NASA, ESA, CSA, William Balmer (JHU, STScI), Laurent Pueyo (STScI); Image Processing: Alyssa Pagan (STScI)

Исследование под названием «Прямые изображения поглощения CO₂ в атмосфере сверх-Юпитера: повышенная металличность как признак формирования в диске» опубликовано в журнале The Astrophysical Journal Letters.

Ведущий автор — Уильям Балмер из Университета Джонса Хопкинса и Института космического телескопа.

Ключевым понятием в работе является предел горения дейтерия.

Коричневые карлики — это субзвёздные объекты, занимающие промежуточное положение между планетами и звёздами. Они не способны к синтезу водорода, но могут сжигать дейтерий — изотоп водорода. Поэтому этот предел используется как ориентир, хотя он довольно условен, поскольку не объясняет происхождение объекта.

«Этот объект имеет неопределённую массу, которая находится на границе горения дейтерия», — пишут авторы.

Этот предел составляет примерно 15 ± 5 масс Юпитера, и 29 Cygni b находится как раз в этом диапазоне. Это делает его особенно важным для понимания различий между звёздами и планетами.

«В компьютерных моделях очень легко добиться того, что фрагментация в диске приводит к гораздо более массивным объектам, чем 29 Cygni b. Это минимальная масса, которую можно получить таким образом. Но в то же время это почти максимальная масса, которую можно получить через аккрецию», — отметил Балмер.

JWST также обнаружил в атмосфере объекта углерод и кислород в виде CO и CO₂. Кроме того, 29 Cygni b более богат тяжёлыми элементами, чем его звезда. С учётом его массы, общее количество тяжёлых элементов эквивалентно примерно 150 массам Земли. Высокая металличность указывает на то, что объект сформировался через аккрецию в протопланетном диске, где он мог накапливать тяжёлые элементы, а не через коллапс, как звезда.

Если бы он формировался как звезда, его химический состав должен был бы совпадать со звездой.

Есть и дополнительные свидетельства планетного сценария формирования. С помощью системы CHARA (Центра высокоточной угловой астрономии) учёные измерили орбиту 29 Cygni b и обнаружили, что она согласована с вращением звезды — как это наблюдается у планет Солнечной системы.

«Мы уточнили орбиту планеты и определили ориентацию звезды относительно этой орбиты», — сказал соавтор Эш Мессье. «Мы показали, что наклон орбиты планеты хорошо согласован с осью вращения звезды».

«В совокупности эти данные убедительно указывают на то, что 29 Cygni b сформировался в протопланетном диске путём быстрой аккреции вещества, богатого тяжёлыми элементами, а не через фрагментацию газа», — сказал Балмер. «Иными словами, он сформировался как планета, а не как звезда».

Это исследование ставит под сомнение представление о том, что граница между планетой и звездой определяется массой или способностью к горению дейтерия. Вместо этого предлагается ориентироваться на механизм формирования.

Таким образом, 29 Cygni b — это не «несостоявшаяся звезда», а просто очень массивная планета. Это также означает, что массивные газовые гиганты могут формироваться в протопланетных дисках вокруг горячих и ярких звёзд класса A.

Балмер и его коллеги не ограничиваются этим объектом. Они планируют наблюдать ещё три похожих объекта и сравнивать их химический состав в зависимости от массы.

Их металличность может дать дополнительные ответы о деталях формирования таких объектов.

«Эти данные могут быть использованы для пересмотра наших представлений о механизмах и временных масштабах формирования гигантских планет», — заключают авторы.