Наблюдение газового гиганта может не только указать на процессы образования таких планет, но и на общие тенденции рождения миров около звезд. Такое заключение сделано на основе изучения планетарной системы звезды HR 8799, возраст которой – всего лишь 30 миллионов лет. Расстояние до нее составляет всего 130 световых лет, так что становится возможным прямое наблюдение светящихся атмосфер гигантских миров. Их в системе HR 8799 четыре, и каждая намного превышает гигантов Солнечной системы. Массы всех четырех гигантов находятся в пределах 5-10 масс Юпитера, что является вторым подспорьем к их наблюдению. Но самое главное – их молодость. Родившись вскоре за своей звезды, эти планеты еще не растеряли тепло, запасенное при образовании, и потому светятся достаточно ярко. HR 8799 – единственная планетарная система, в которой напрямую можно наблюдать несколько планет.

Несмотря на гигантские массы открытых планет, система HR 8799 оказывается по структуре схожей с нашей, так что в ней могут находится и менее тяжелые внутренние планеты. В ней даже «есть структура, очень похожая на главный пояс астероидов Солнечной системы, и также находящаяся около внутреннего газового гиганта, а за пределами орбиты самого далекого гиганта есть аналог облака Оорта, скопления множества ледяных комет», – говорит первый автор работы Квин Конопаки, сотрудник Университета Торонто.

Несмотря на такое разнообразие планет и объектов, команда Конопаки сконцентрировалась на том, что легче всего изучить – газовом гиганте HR 8799с, который хорошо виден. Его масса превышает массу Юпитера в 7 раз, а высота орбиты близка к высоте орбиты Плутона. Образование такой огромной планеты на столь большом расстояния от звезды противоречит современному пониманию таких процессов. Существуют две основные гипотезы. Либо сначала образуется ядро газового гиганта, которое затем начинает притягивать газ, либо, в случае неоднородности в протопланетном диске или его возмущения гравитационным полем уже родившегося крупного тела, ядро и атмосфера образуются одновременно, разделяясь в общем потоке притягиваемой материи.

«В более привычной модели постепенного образования ядра и атмосферы рождение газового гиганта на таком большом расстоянии от звезды практически невозможно, – говорит Конопаки. – Объекты крупнее Юпитера должны рождаться намного ближе к звезде. Для этого есть несколько причин, но основная, конечно – недостаток материала на большом удалении от светила. В модели же, учитывающей гравитационные возмущение, принципиально крупный газовый гигант может появиться далеко от звезды. Однако у этой теории есть и общий недостаток. Она предсказывает существование большого числа таких вот гигантов на задворках своих планетарных систем, а наши наблюдения пока показывают обратное».

Чтобы разобраться в вопросе рождения HR 8799с, Конопаки решил для начала понять ее текущее состояние (с задержкой в 130 лет, конечно). Для этого химический состав атмосферы планеты исследовался с помощью спектрометра, установленного на телескопах обсерватории Кека. Благодаря высокой собственной яркости и большому удалению от звезды планета HR 8799с может предоставить наиболее точнее измерение химического состава подобного мира. «Высокая детализация спектральной информации, полученная при наблюдении экзопланеты, удивила нас больше всего. Я даже не думал, что нам доступна такая точность, – говорит Конопаки. - А между тем без возможности столь четко разделить спектральные подписи отдельных молекул в атмосфере планеты нет смысла говорить об оценке ее состава, имеющей достаточную точность и детализацию, чтобы по нему затем изучить процесс рождения мира».

В атмосфере был обнаружен избыток воды и угарного газа, но очень мало метана. Этот недостаток «указывает на активное перемешивание слоев в атмосфере HR 8799с, – говорит Конопаки. – Так как метан – не такая устойчивая молекула, она легко разрушается, погружаясь в глубокие слои, где повышается температура. Выявление активного перемешивания говорит о многом в этом молодом газовом гиганте». Кроме серьезного недостатка метана, в атмосфере планеты ощущается небольшой недостаток водяного пара. Хотя его много, но при одинаковом составе со звездой (и звезда, и планета образовались из одного диска пыли и газа всего 30 миллионов лет назад, так что серьезных изменений не должно было произойти) ее должно быть еще немного больше. Выходит, у HR 8799с немного завышена доля углерода по сравнению с кислородом.

Возможное объяснение небольшого недостатка кислорода можно объяснить процессом образования планеты. Ее ядро родилось при слипании водяного льда в ядро HR 8799с. Это ядро затем притянуло оставшийся в том же районе материал, создавая атмосферу, но так как кислорода на формирование ядра ушло больше, чем углерода, в атмосфере проявился небольшой его недостаток. Это рассуждение поддерживает стандартную гипотезу образования планет – сначала ядро, потом все остальное. «Эти результаты представляют собой первый шаг на пути к получения надежного понимания образования планет – процесса, который трудно наблюдать напрямую, – говорит Конопаки. – Мы очень рады, что получили для этой, похожей на Солнечную, системы планет те же процессы образования, которые мы принимаем для родной системы». Правда, не было получено разрешение проблем, связанных с образованием планеты так далеко от звезды. Хотя теперь есть уверенность, что они рождаются по классической схеме, неизвестно, что позволяет происходить этому процессу – либо в удалении от светила находится больше материи, либо она быстрее и легче слипается, образуя ядро.