Планеты-изгои дают ключ к пониманию звездообразования
Планеты-изгои, или свободно плавающие объекты планетарной массы (FFPMO), - это объекты размером с планету, которые либо сформировались в межзвездном пространстве, либо были частью планетной системы до того, как их выбросили гравитационные возмущения.
С тех пор как они были впервые замечены в 2000 году, астрономы обнаружили сотни кандидатов, которые не привязаны к какой-либо конкретной звезде и плавают в межзвездной среде нашей галактики. На самом деле, по оценкам некоторых ученых, только по Млечному Пути может блуждать до 2 триллионов планет-изгоев (или даже больше).
В недавних новостях команда астрономов, работающих с космическим телескопом Джеймса Уэбба (JWST), объявила об открытии шести потенциальных планет-изгоев в неожиданном месте. Планеты, в том числе самая легкая из когда-либо обнаруженных блуждающих планет (с диском обломков вокруг нее), были обнаружены во время самого глубокого исследования Уэббом молодой туманности NGC 1333, звездообразующего скопления на расстоянии около тысячи световых лет в созвездии Персея. Эти планеты могли бы многому научить астрономов о процессе формирования звезд и планет.
Команду возглавлял Адам Ланжевельд, младший научный сотрудник факультета физики и астрономии Университета Джона Хопкинса (JHU). Статья, в которой подробно излагаются результаты исследования, была принята к публикации в журнале Astronomical Journal и в настоящее время доступна на сервере препринтов arXiv.
Большинство обнаруженных на сегодняшний день "блуждающих планет" были обнаружены с помощью гравитационного микролинзирования, в то время как другие были обнаружены с помощью прямой визуализации. Первый метод основан на "линзировании", когда гравитационная сила массивных объектов изменяет кривизну пространства-времени вокруг них и усиливает свет от более удаленных объектов. Последнее заключается в обнаружении коричневых карликов (объектов, которые находятся на границе между планетами и звездами) и массивных планет непосредственно путем обнаружения инфракрасного излучения, производимого в их атмосферах.
В своей статье команда описывает, как это открытие произошло во время чрезвычайно глубокого спектроскопического исследования NGC1333. Используя данные, полученные с помощью тепловизора Уэбба в ближнем инфракрасном диапазоне и бесщелевого спектрографа (NIRISS), команда ученых измерила спектр каждого объекта в наблюдаемой части звездного скопления. Это позволило им повторно проанализировать спектры 19 ранее наблюдавшихся коричневых карликов и привело к открытию нового коричневого карлика со спутником планетарной массы.
Это последнее наблюдение стало редкой находкой, которая уже бросает вызов теориям о том, как образуются двойные системы. Но настоящим прорывом стало обнаружение шести планет, масса которых в пять-десять раз превышает массу Юпитера (они же супер-Юпитеры).
Это означает, что эти шесть кандидатов являются одними из когда-либо найденных планет-изгоев с самой низкой массой, которые образовались в результате того же процесса, что и коричневые карлики и звезды. Это было целью Глубокого спектроскопического исследования молодых коричневых карликов и свободно плавающих планет, целью которого было изучение массивных объектов, которые недостаточно велики, чтобы стать звездами.
Тот факт, что наблюдения Уэбба не выявили объектов массой менее пяти масс Юпитера (которые он достаточно чувствителен для обнаружения), является убедительным свидетельством того, что звездные объекты, которые легче, с большей вероятностью формируются так же, как планеты.
Об этом сказал ведущий автор исследования Ланжевельд в заявлении, опубликованном новым источником JHU (the Hub):
"Мы исследуем самые границы процесса звездообразования. Если у вас есть объект, похожий на молодой Юпитер, возможно ли, что при определенных условиях он мог бы стать звездой? Это важный контекст для понимания формирования как звезд, так и планет."
Самая интригующая из планет-изгоев была также и самой легкой: по оценкам, ее масса составляла пять масс Юпитера (около 1600 масс Земли). Поскольку пыль и газ обычно попадают в диск на ранних стадиях звездообразования, наличие этого кольца обломков вокруг одной планеты убедительно свидетельствует о том, что оно образовалось таким же образом, как и звезды.
Однако планетные системы также формируются из обломочных дисков (они же околосолнечные диски), что позволяет предположить, что эти объекты могут быть способны образовывать свои собственные спутники. Это говорит о том, что эти массивные планеты могут быть рассадником миниатюрных планетных систем, подобных нашей Солнечной системе, но в гораздо меньших масштабах.
Профессор университета Джона Хопкинса Рэй Джаявардхана, астрофизик и старший автор исследования (который также возглавляет исследовательскую группу), сказал: "Оказывается, самые маленькие свободно плавающие объекты, которые по форме напоминают звезды, по массе совпадают с гигантскими экзопланетами, вращающимися вокруг близлежащих звезд. Вполне вероятно, что такая пара образовалась так же, как и двойные звездные системы, из облака, распадающегося по мере сжатия. Разнообразие систем, созданных природой, поразительно и подталкивает нас к совершенствованию наших моделей образования звезд и планет…
"Наши наблюдения подтверждают, что природа создает объекты планетарной массы по крайней мере двумя различными способами — путем сжатия облака газа и пыли, как при формировании звезд, и в виде дисков газа и пыли вокруг молодых звезд, как это сделал Юпитер в нашей собственной солнечной системе".
В ближайшие месяцы команда планирует использовать Webb для проведения последующих исследований атмосфер этих планет-изгоев и сравнения их с атмосферами коричневых карликов и газовых гигантов. Они также планируют исследовать область звездообразования в поисках других объектов с дисками обломков, чтобы исследовать возможность существования мини-планетарных систем.
Полученные ими данные также помогут астрономам уточнить свои оценки количества планет-изгоев в нашей галактике. Новые наблюдения Уэбба показывают, что на такие тела приходится около 10% небесных тел в целевом скоплении.
По текущим оценкам, количество звезд в нашей галактике составляет от 100 до 400 миллиардов, а количество планет - от 800 миллиардов до 3,2 триллиона. При 10% это означает, что в космосе существует от 90 до 360 миллиардов миров-изгоев. Как мы уже писали в предыдущих статьях, возможно, когда-нибудь нам удастся исследовать некоторые из них, и наше солнце, возможно, даже захватит несколько из них.
