Планетами-вигнанцями, або планетами сиротами, називають тіла з масою, що порівнювана із Землею чи Юпітером, але які не обертаються навколо жодної зорі. Нещодавно космічний телескоп James Webb допоміг знайти шість подібних об’єктів.
Що таке планети-вигнанці?
Планети-вигнанці, або, як їх офіційно називають астрономи, вільно плаваючі об’єкти планетарної маси (FFPMO), — це тіла розміром із планету, які або сформувалися у міжзоряному просторі, або були частиною планетної системи до того, як гравітаційні збурення виштовхнули їх звідти.
З часу їхнього першого спостереження у 2000 році астрономи виявили сотні кандидатів, які не прив’язані до жодної конкретної зорі та плавають у міжзоряному середовищі нашої Галактики. Насправді, за оцінками деяких вчених, лише Чумацьким Шляхом може блукати до 2 трлн планет-вигнанців.
Нещодавно команда астрономів, що працює з космічним телескопом James Webb, оголосила про відкриття планет-вигнанців у малоймовірному місці. Шість об’єктів, серед яких один є рекордно легким (з диском уламків навколо), були виявлені під час найглибшого дослідження молодої туманності NGC 1333, області зореутворення, розташованої на відстані близько тисячі світлових років у сузір’ї Персея. Вчені кажуть, що вони можуть багато розповісти про те, як народжуються світила.
Команду дослідників очолив Адам Лангевельд (Adam Langeveld), асистент кафедри фізики та астрономії Університету Джона Гопкінса (JHU). Стаття, що описує результати дослідження, була прийнята до публікації в The Astronomical Journal і наразі доступна на сервері препринтів arXiv.
Як були відкриті нові планети-одинаки?
Більшість планет-вигнанців, виявлених на сьогодні, були відкриті за допомогою гравітаційного мікролінзування, тоді як інші були виявлені за допомогою прямої візуалізації. Перший метод ґрунтується на використанні ефекту гравітаційного лінзування, коли сила тяжіння масивних об’єктів змінює викривлення простору-часу навколо них і підсилює світло від більш віддалених об’єктів. Останнє полягає у виявленні коричневих карликів (об’єктів, що розташовані на межі між планетами й зорями) та масивних планет безпосередньо шляхом виявлення інфрачервоного випромінювання, що генерується в їхніх атмосферах.
У своїй статті команда описує, як це відкриття відбулося під час надзвичайно глибокого спектроскопічного дослідження NGC1333. Використовуючи дані, отримані за допомогою телескопа Webb’s Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph (NIRISS), команда виміряла спектр кожного об’єкта у спостережуваній частині зоряного скупчення. Це дозволило їм повторно проаналізувати спектри 19 раніше спостережуваних коричневих карликів і призвело до відкриття нового коричневого карлика з супутником планетарної маси.
Це останнє спостереження стало рідкісною знахідкою, яка вже кидає виклик теоріям формування бінарних систем. Але справжнім відкриттям стало виявлення шести планет, маса яких у п’ять-десять разів перевищує масу Юпітера (так званих суперюпітерів).
Шість нових вільноплавних світів
Шість щойно відкритих кандидатів є одними з найменш масивних планет-вигнанців, які коли-небудь були знайдені й утворилися в тому ж процесі, що й коричневі карлики та зорі. Це і було метою дослідження «Глибоке спектроскопічне дослідження молодих коричневих карликів і вільноплавних планет», яке полягало у вивченні масивних об’єктів, недостатньо великих для того, щоб стати зорями.
Той факт, що спостереження James Webb не виявили об’єктів, менших за п’ять мас Юпітера (проте він достатньо чутливий, щоб їх виявити), є переконливим свідченням того, що зоряні об’єкти, легші за нього, з більшою ймовірністю формуються так само, як і планети.
Утворення планет з уламкових дисків
Найбільш інтригуюча з планет-ізгоїв виявилася ще й найлегшою: приблизно п’ять мас Юпітера (близько 1600 мас Землі). Оскільки пил і газ зазвичай потрапляють у диск на ранніх стадіях зореутворення, наявність цього уламкового кільця навколо однієї планети переконливо свідчить про те, що вона утворилася так само, як і зорі.
Однак планетні системи також формуються з уламкових дисків (так званих навколосонячних дисків), що свідчить про те, що ці об’єкти можуть утворювати власні супутники. Це дозволяє припустити, що ці масивні планети можуть бути розплідником для мініатюрної планетної системи, подібної до нашої Сонячної системи, але в набагато меншому масштабі.
Проректор Університету Джонса Гопкінса Рей Джаявардхана, астрофізик і старший автор дослідження, який також очолює групу дослідників, говорить: «Виявляється, найменші вільноплавні об’єкти, які формуються як зорі, перекриваються за масою з гігантськими екзопланетами, що обертаються навколо сусідніх світил. Цілком ймовірно, що така пара утворилася так само, як і подвійні зоряні системи, з хмари, що фрагментувалася під час стиснення. Різноманітність систем, які створила природа, вражає уяву і підштовхує нас до вдосконалення наших моделей формування зір і планет».
Подальші плани дослідників
У найближчі місяці команда планує використати James Webb для подальших досліджень атмосфер цих планет-ізгоїв і порівняти їх з атмосферами коричневих карликів і газових гігантів. Вони також планують шукати в зореутворюючому регіоні інші об’єкти з уламковими дисками, щоб дослідити можливість існування мініпланетних систем.
Отримані дані також допоможуть астрономам уточнити свої оцінки щодо кількості планет-ізгоїв у нашій Галактиці. Нові спостереження Вебба вказують на те, що такі тіла становлять близько 10% небесних тіл у досліджуваному скупченні.
За поточними оцінками, кількість світил у нашій Галактиці становить від 100 до 400 млрд, а кількість планет — від 800 млрд до 3,2 трлн. Якщо взяти 10%, то це означає, що в ній існує від 90 до 360 млрд світів-ізгоїв. Можливо, колись ми зможемо дослідити деякі з них, і наше Сонце може навіть захопити кілька з них.
За матеріалами phys.org
