Планетами-изгнанниками, или планетами сиротами, называют тела с массой, сравнимой с Землей или Юпитером, но не вращающиеся вокруг ни одной звезды. Недавно космический телескоп James Webb помог обнаружить шесть подобных объектов.
Что такое планеты-изгнанники?
Планеты-изгнанники, или, как их официально именуют астрономы, свободно плавающие объекты планетарной массы (FFPMO), — это тела размером с планету, которые либо сформировались в межзвездном пространстве, либо были частью планетной системы до того, как гравитационные возмущения вытолкнули их оттуда.
С момента их первого наблюдения в 2000 году астрономы обнаружили сотни кандидатов, которые не привязаны ни к какой конкретной звезде и плавают в межзвездной среде нашей Галактики. По сути, по оценкам некоторых ученых, лишь Млечным Путем может бродить до 2 трлн планет-изгнанников.
Недавно команда астрономов, работающая с космическим телескопом James Webb, объявила об открытии планет-изгнанников в маловероятном месте. Шесть объектов, среди которых один рекордно легкий (с диском обломков вокруг), были обнаружены во время глубокого исследования молодой туманности NGC 1333, области звездообразования, расположенной на расстоянии около тысячи световых лет в созвездии Персея. Ученые говорят, что они могут много рассказать о том, как рождаются светила.
Команду исследователей возглавил Адам Лангевельд (Adam Langeveld), ассистент кафедры физики и астрономии Университета Джона Хопкинса (JHU). Статья, описывающая результаты исследования, была принята к публикации в The Astronomical Journal и доступна на сервере препринтов arXiv.
Как были открыты новые планеты-сироты?
Большинство планет-изгнанников, обнаруженных на сегодняшний день, были открыты с помощью гравитационного микролинзирования, в то время как другие были обнаружены посредством прямой визуализации. Первый метод основан на использовании эффекта гравитационного линзирования, когда сила тяжести массивных объектов изменяет искривление пространства-времени вокруг них и усиливает свет от более отдаленных объектов. Последнее заключается в обнаружении коричневых карликов (объектов, находящихся на границе между планетами и звездами) и массивных планет непосредственно путем обнаружения генерируемого в их атмосферах инфракрасного излучения.
В своей статье команда описывает, как это открытие произошло во время чрезвычайно глубокого спектроскопического исследования NGC1333. Используя данные, полученные с помощью телескопа Webb’s Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph (NIRISS), команда измерила спектр каждого объекта в наблюдаемой части звездного скопления. Это позволило им повторно проанализировать спектры 19 ранее наблюдаемых коричневых карликов и привело к открытию нового коричневого карлика со спутником планетарной массы.
Это последнее наблюдение стало редкой находкой, уже бросающей вызов теориям формирования бинарных систем. Но настоящим открытием стало обнаружение шести планет, масса которых в пять-десять раз превышает массу Юпитера (так называемых суперюпитеров).
Шесть новых свободноплавающих миров
Шесть недавно открытых кандидатов являются одними из наименее массивных планет-изгнанников, когда-либо найденных и образовавшихся в том же процессе, что и коричневые карлики и звезды. Это и являлось целью исследования «Глубокое спектроскопическое исследование молодых коричневых карликов и свободноплавающих планет», заключавшегося в изучении массивных объектов, недостаточно больших для того, чтобы стать звездами.
Тот факт, что наблюдения James Webb не обнаружили объектов менее пяти масс Юпитера (однако он достаточно чувствителен, чтобы их обнаружить), является убедительным свидетельством того, что звездные объекты, легче его, с большей вероятностью формируются так же, как и планеты.
Образование планет с обломочных дисков
Наиболее интригующая из планет-изгоев оказалась еще и самой легкой: примерно пять масс Юпитера (около 1600 масс Земли). Поскольку пыль и газ обычно попадают в диск на ранних стадиях звездообразования, наличие этого обломочного кольца вокруг одной планеты убедительно свидетельствует о том, что образовалась она так же, как и звезды.
Однако планетные системы также формируются из обломочных дисков (так называемых околосолнечных дисков), что свидетельствует о том, что эти объекты могут образовывать собственные спутники. Это позволяет предположить, что эти массивные планеты могут быть питомником для миниатюрной планетной системы, подобной нашей Солнечной системе, но в гораздо меньшем масштабе.
Проректор Университета Джонса Гопкинса Рэй Джаявардхана, астрофизик и старший автор исследования, который также возглавляет группу исследователей, говорит: «Оказывается, самые маленькие свободноплавающие объекты, формируемые как звезды, перекрываются по массе с гигантскими экзопланетами, вращающимися вокруг соседних. По всей вероятности, такая пара образовалась так же, как и двойные звездные системы, из облака, фрагментировавшегося во время сжатия. Разнообразие систем, созданных природой, поражает воображение и подталкивает нас к совершенствованию наших моделей формирования звезд и планет».
Дальнейшие планы исследователей
В ближайшие месяцы команда планирует использовать James Webb для дальнейших исследований атмосфер этих планет-изгоев и сравнить их с атмосферами коричневых карликов и газовых гигантов. Они также планируют искать в звездообразующем регионе другие объекты с обломочными дисками, чтобы исследовать возможность существования минипланетных систем.
Полученные данные помогут астрономам уточнить свои оценки относительно количества планет-изгоев в нашей Галактике. Новые наблюдения Уэбба указывают на то, что такие тела составляют около 10% небесных тел в исследуемом скоплении.
По текущим оценкам, количество звезд в нашей Галактике составляет от 100 до 400 млрд, а количество планет — от 800 млрд до 3,2 трлн. Если взять 10%, то это означает, что в ней существует от 90 до 360 млрд миров-изгоев. Возможно, когда-нибудь мы сможем исследовать некоторые из них, и наше Солнце может даже захватить несколько из них.
По материалам phys.org
