Газовые гиганты — это крупные планеты, состоящие в основном из гелия и/или водорода. Хотя эти планеты имеют плотные ядра, у них нет твердой поверхности. В нашей Солнечной системе к ним относятся Юпитер и Сатурн, однако за ее пределами встречаются объекты тяжелее — в несколько раз массивнее Юпитера. Долгое время оставалось неясно, как такие гиганты вообще формируются — по «планетному» сценарию или скорее как коричневые карлики, промежуточные объекты между планетами и звездами.

Ответ дала система HR 8799, расположенная в 133 световых годах от Земли в созвездии Пегаса. Это молодая звезда возрастом около 30 млн лет, вокруг которой обращаются четыре гигантские планеты массой от пяти до десяти Юпитеров. Они находятся на расстояниях от 15 до 70 астрономических единиц от своей звезды — дальше, чем газовые гиганты в нашей системе.

Ученые Калифорнийского университета в Сан-Диего изучили атмосферы этих планет с помощью телескопа «Джеймс Уэбб» и опубликовали результаты в журнале Nature Astronomy. В спектрах удалось обнаружить серу, в частности, сероводород. Это оказалось принципиально важным, потому что сера относится к тугоплавким элементам и присутствует только в твердых частицах протопланетного диска. Иными словами, она не может появиться в атмосфере прямо из газа. Ее наличие указывает на то, что планеты сначала сформировали твердые ядра, а уже затем начали активно набирать газ.

Раньше считалось, что на таких расстояниях и при таких массах планеты просто не успевают вырасти по этому механизму — газовый диск должен рассеяться слишком быстро. Однако данные «Джеймса Уэбба» показали, что даже гиганты в десять раз тяжелее Юпитера могут формироваться через аккрецию ядра, а не за счет прямого гравитационного коллапса.

Наблюдения были технически сложными, потому что планеты HR 8799 примерно в десять тысяч раз тусклее своей звезды. Чтобы выделить их слабый сигнал, исследователям пришлось разработать новые методы анализа и построить детальные модели атмосфер. В результате удалось выявить несколько редких молекул, некоторые — впервые для экзопланет такого типа.

Дополнительно выяснилось, что эти миры богаче тяжелыми элементами, чем их звезда. Это еще одно подтверждение их планетного происхождения.