Атмосферы гигантских планет могут хранить следы их рождения

Авторы не просто посмотрели на химический состав будущей атмосферы, а связали сразу два процесса: как планета растёт и как при этом смещается по диску вокруг звезды. Для этого они собрали модель, где газовый диск медленно меняется со временем, пыль в нём дрейфует к звезде, а химия летучих веществ — то есть веществ, которые легко переходят в газ — учитывает, как элементы переходят между газом и твёрдыми частицами. Параллельно они добавили столкновения и захват планетезималей — это небольшие твёрдые тела, из которых тоже может набираться масса планеты.

Зачем такая сложность? Потому что состав газа и твёрдого вещества в диске не стоит на месте: по мере эволюции диска и миграции планеты она «ест» разные смеси материала. Авторы специально проверили несколько вариантов: четыре химических сценария диска и три размера зёрен пыли. Потом они посмотрели, какие соотношения элементов в атмосфере накапливаются по мере роста планеты — не только углерод и кислород, но ещё азот и сера, чтобы уловить более тонкие различия между путями формирования.

Главный результат — у гигантских планет получилось выделить три химических типа атмосфер. Один тип возникает, когда планета в основном набирает газ, другой — когда сильнее влияют твёрдые тела, третий — когда особенно важен перенос материала дрейфующей пылью. При этом авторы нашли, что некоторые соотношения меняются вместе с тем, насколько далеко планета мигрировала, а некоторые, наоборот, плохо различают разные сценарии. Это важно: одна только «металличность» атмосферы, то есть общее обогащение тяжёлыми элементами, не всегда говорит, откуда взялся материал. Нужно смотреть на несколько элементов сразу.