Планеты-изгои могут превосходить числом звезды в Млечном Пути

Далеко не все планеты вращаются вокруг родительской звезды.

Наша галактика изобилует планетами-изгоями, которые либо оторваны от своих родительских звезд в результате хаотических условий, либо рождаются отдельно от звезды. Эти планеты-сироты могут быть обнаружены в массовом порядке в рамках предстоящего проекта НАСА – Nancy Grace Roman Space Telescope. Телескоп назван в честь Нэнси Роман, одной из первых женщин-руководителей в НАСА.

Млечный Путь является домом для множества одиноких дрейфующих объектов, галактических сирот, свободно перемещающихся по галактикам в одиночку, что ставит под сомнение общепринятый образ планет, вращающихся вокруг родительской звезды. Согласно новому исследованию, опубликованному в Astronomical Journal, количество «планет-изгоев» может превышать количество звезд в нашей галактике. 

«Мы выполнили моделирование предстоящего исследования галактических экзопланет с помощью космического телескопа Нэнси Грейс, чтобы определить, насколько он чувствителен к явлениям микролинзирования, вызванным планетами-изгоями», – говорит ведущий автор исследования Самсон Джонсон, аспирант астрономии из Университета штата Огайо. «Телескоп будет хорошо обнаруживать события микролинзирования с помощью любого типа «линзы» – будь то звезда или что-то еще – потому что у него большое поле зрения и высокая частота наблюдений».

Пока что процесс освобождения этих планет от орбиты вокруг звезд окружает много тайн. Две основные конкурирующие теории предполагают, что эти звезды либо выброшены на свободу от своей родительской звезды, либо образуются изолированно. Каждый процесс, вероятно, приводит к появлению планет-изгоев с совершенно разными качествами. 

«Первая идея предполагает, что планеты-изгои формируются подобно планетам в Солнечной системе, конденсируясь из протопланетного диска, который сопровождает звезды, когда они рождаются», – объясняет Джонсон. «Но поскольку эволюция планетных систем может быть хаотичной и беспорядочной, планеты могут быть изгнаны из системы, что, скорее всего, приведет к появлению планет-изгоев с массой, подобной Марсу или Земле».

Джонсон предлагает альтернативный метод образования планет-изгоев, при котором они будут формироваться изолированно, подобно звездам, которые образуются из гигантских коллапсирующих газовых облаков. «Этот процесс формирования, вероятно, приведет к образованию объектов с массой, подобной Юпитеру, примерно в несколько сотен раз больше массы Земли».

Вопрос в том, если эти объекты так распространены, почему мы так мало их обнаружили?

«Сложность обнаружения планет-изгоев состоит в том, что они практически не отражают свет», – объясняет соавтор Скотт Гауди. «Поскольку обнаружение света от объекта является основным инструментом, который астрономы используют для поиска объектов, планеты-изгои были неуловимы».

Астрономы также могут использовать метод, называемый гравитационным микролинзированием, для обнаружения планет-изгоев, но этот метод не лишен проблем. События микролинзирования непредсказуемы и чрезвычайно редки, поэтому для обнаружения этих событий необходимо почти непрерывно наблюдать сотни миллионов звезд. Для этого нужно смотреть на очень плотные звездные поля, например, вблизи центра нашей галактики, что требует относительно большого поля зрения.

Кроме того, поскольку центр Млечного Пути сильно затенен, требуется, чтобы мы смотрели на него в ближней инфракрасной области электромагнитного спектра – задача, которая чрезвычайно сложна, поскольку атмосфера Земли делает небо чрезвычайно ярким в ближнем инфракрасном свете.

«Все эти доводы говорят в пользу космического телескопа с высоким угловым разрешением и широким полем в ближней инфракрасной области», – говорит Гауди. «Вот тут на помощь приходит широкоугольный инфракрасный обзорный телескоп Нэнси Грей». 

Этот телескоп должен стать первым телескопом, который попытается провести учет планет-изгоев, фокусируясь на планетах в Млечном Пути, между нашим Солнцем и центром нашей галактики, таким образом, охватывая около 24000 световых лет.

Исследование команды состояло из моделирования, созданного для того, чтобы выяснить, насколько чувствителен телескоп к событиям микролинзирования, указывающим на присутствие планет-изгоев, и в процессе было обнаружено, что космический телескоп следующего поколения в 10 раз более чувствителен, чем нынешние наземные телескопы. Эта разница в чувствительности стала неожиданностью для самих исследователей. 

«Определение того, насколько чувствителен телскоп, было настоящим шоком, – говорит Джонсон. «Возможно, он даже сможет рассказать нам о лунах, которые выбрасываются из планетных систем! Мы также обнаружили новую «дегенеративность микролинзирования» в процессе исследования – тема еще одной статьи, которая скоро выйдет».

Феномен, который телескопа Нэнси Грейс будет использовать для своих наблюдений, проистекает из предсказания, сделанного в общей теории относительности Эйнштейна, которое предполагает, что объекты с массой «деформируют» ткань пространства вокруг себя. Наиболее распространенная аналогия, используемая для объяснения этого явления, – это «вмятины», созданные на растянутом листе резины путем размещения на нем предметов различной массы. Чем тяжелее объект – а значит, больше масса – тем больше вмятина. 

Подробнее про деформацию пространства: Как понять теорию гравитации Эйнштейна

Это искривление пространства не только отвечает за орбиты планет, оно также искривляет пути световых лучей, прямые пути изгибаются, когда они проходят через «вмятины» в космосе. Это означает, что свет от фонового источника искривляется под действием массы объекта переднего плана. Этот эффект недавно был использован, чтобы определить далекую галактику похожую на Млечный Путь. Но в этом случае и в случае многих событий гравитационного линзирования промежуточным объектом была галактика, а не планета-изгой, и, следовательно, он был гораздо менее тонким, более продолжительным и, следовательно, менее трудным для обнаружения эффектом, чем микролинзирование, вызванное планетой-изгоем.