Космические изгои. Ученые раскрывают тайны свободно плавающих планет

Польские астрономы из проекта OGLE открыли в нашей Галактике самую маленькую экзопланету, не cвязанную ни c одной звездой. Такие небесные тела называют свободно плавающими, сиротами, изгоями. Они не бывают массивными, их трудно заметить. Обнаруживают такие объекты по косвенным признакам, а как они образуются, до сих пор неизвестно.

Согласно каталогу, созданному Парижской обсерваторией, в нашей Галактике зафиксировали 4374 экзопланеты, еще 2550 кандидатов ждут подтверждения. Подавляющее большинство — вне Солнечной системы, они вращаются вокруг родительских звезд или бинарных систем. А с десяток объектов довольно необычные. Ученые пока не установили их гравитационную связь с какой-либо звездой — кажется, что они одиноко летят в космическом пространстве сами по себе по гиперболическим орбитам.

Гипотезы образования и эволюции планет предсказывали существование таких блуждающих тел. Это подтвердили в конце 1980-х польские и американские ученые в эксперименте по гравитационному микролинзированию (Optical Gravitational Lensing Experiment, OGLE). Этим методом наблюдают за темными компактными телами — черными дырами и каменными планетами. Они не излучают, поэтому оптически незаметны, транзитным методом увидеть их тоже нельзя, поскольку они не вращаются вокруг звезд и не могут их заслонить. Зато у них есть масса.

Любой массивный объект возмущает вокруг себя пространство-время. Если он оказывается на оси между наблюдателем, находящимся на Земле или ее орбите, и яркой звездой, то гравитационные волны образуют вокруг нечто вроде линзы. И яркость звезды увеличивается на время — короткое, но достаточное, чтобы найти этот пик в данных телескопа. Это и называют методом гравитационного микролинзирования. С его помощью обнаруживают свободно плавающие планеты.

В 2012 году британские ученые предположили, что свободно плавающих планет в Млечном Пути должно быть очень много — в несколько раз больше, чем звезд. Возможно, они образовались немногим позже Большого взрыва. Каждые 25 миллионов лет они пересекают Солнечную систему, накапливая в себе микрочастицы пыли и зародыши жизни, — то есть могут разносить биологический материал по Галактике.

По мере сбора данных, однако, в этом возникли сомнения. Анализ наблюдений эксперимента OGLE за 2010-2015 годы показал: вероятнее всего, в нашей Галактике на одну звезду приходится не более 0,25 таких планет-бродяг массой примерно с Юпитер. А звезд, по разным оценкам, 200-400 миллиардов. То есть свободно плавающих планет все равно очень много.

В конце октября ученые из Университета Варшавы в рамках коллаборации OGLE сообщили об открытии кандидата в самые маленькие свободно плавающие планеты в Млечном Пути — его масса равна земной или даже марсианской. Возможно, у OGLE-2016-BLG-1928 есть звезда, но в радиусе восьми астрономических единиц ее не нашли. Авторы работы отмечают, что метод микролинзирования очень чувствительный, он способен обнаружить эффект линзы длительностью всего 45 минут. Значит, новый объект — очень компактный, такой, как планета земного типа.

Три планеты-бродяги открыли с помощью Южнокорейской сети телескопов микролинзирования, расположенной в Чили, ЮАР и Австралии. Об очередном кандидате — KMT-2017-BLG2820 — ученые объявили в октябре.

Астрономы возлагают большие надежды на космический телескоп "Нэнси Грейс Роман", который строит NASA специально для поиска свободно плавающих планет. Наблюдения с орбиты, где не мешает атмосфера, отличаются большей точностью. Прибор сможет обнаруживать объекты массой меньше Марса. Хотя "Роман", так кратко называют телескоп, будет обозревать небольшой сектор неба, он пополнит каталог сотнями планет-сирот.

Ученые склоняются к идее, что свободно плавающие планеты были "выкинуты" из своих звездных систем. Согласно теории планетообразования, когда газ коллапсирует и загорается звезда, тяготеющий к ней материал расслаивается, и в нем появляются зародыши планет. Газовые гиганты образуются на окраинах протопланетных дисков и, продолжая собирать газ, мигрируют к центру. Из-за возникающей нестабильности менее массивные планеты, особенно каменные, размером с Землю и Марс, выбрасываются за пределы системы и поля тяготения родительской звезды.

К этой идее обращаются, кстати, чтобы описать неувязки в строении Солнечной системы, возможное существование девятой планеты и будущую судьбу Меркурия, — есть вероятность, что его "выкинут" вовне создающие нестабильность силы Юпитера.

Возмущение планетной системы и выброс части материала может происходить и по внешним причинам — например, из-за прохождения одиночной звезды или галактических приливов. Двойные звездные системы, по мнению ученых, производят больше планет-сирот, чем одинарные.