Вечные странники: в Млечном Пути подсчитают количество планет-изгоев

В течение последнего десятилетия астрономам не дает покоя судьба так называемых планет-изгоев или планет-сирот (rogue planets) в галактике Млечный Путь. Эти «свободно парящие» миры не вращаются вокруг материнских звезд, а неприкаянно блуждают по космическим просторам. Космический телескоп «Нэнси Грейс Роман» (The Nancy Grace Roman Space Telescope, для краткости просто Roman) должен стать идеальным инструментом для их поиска и изучения их истории и особенностей, которые могут быть общими с историей и особенностями планет Солнечной системы.
В недавней статье на сервере препринтов arXiv основное внимание уделялось межзвездным планетам-странникам и рассматривались способы, с помощью которых телескоп Roman поможет углубить научное понимание того, где они существуют, к какому планетарному типу относятся и что заставило их бросить уютный (или не очень) родительский дом и пуститься во все тяжкие. В статье рассматривается так называемая «функция свободно плавающей массы» как способ понять происхождение планет-сирот. Обычная функция планетарной массы описывает распределение небесных тел вокруг звезд. Функция свободно плавающей массы описывает то же самое для изгоев, блуждающих по галактике.
Авторы предполагают, что, помимо прочего, телескоп Roman может значительно улучшить существующие методы измерения количества таких планет размером и массой меньше земных. Он также может помочь определить количество планет-изгоев с большей массой и их распределение в космосе. Наконец, его данные могут улучшить понимание астрономами процессов, которые создают эти миры, а затем выбрасывают их из привычной среды обитания.
Термин «планета-изгой» вызывает в воображении образы таких мест, как Хот, Альдераан и Эндор из «Звездных войн». Но эти миры вращаются вокруг звезд, в то время как свободно парящие планеты больше этого не делают.
В молодой, только-только формирующейся планетной системе очень неспокойно. Части и фрагменты будущих миров (по сути, протопланеты) перемещаются и испытывают гравитационные воздействия со стороны других частей и фрагментов протопланетного диска, родительской звезды и межзвездной среды. В конце концов, сгустки вещества объединяются друг с другом, образуя планеты. Динамика формирования достаточно энергична, и некоторые новообразованные планеты при определенном стечении обстоятельств могут набрать третью космическую скорость и быть выброшенными в космос, преодолев гравитацию звезды-матери. Они уже никогда не вернутся в свои родительские системы.
По оценкам астрономов, в Млечном Пути могут находиться миллионы или даже миллиарды планет-изгоев. Если это так, то их может быть гораздо больше, чем планет, привязанных к своим родительским звездам. Планеты-сироты не обогреваются материнским теплом, и большинство (если не все) из них заморожены, покрыты льдом, пусты и непригодны для жизни. Хотя в их недрах, скорее всего, еще продолжаются ядерные реакции с выделением тепла.
Планеты-изгои не так-то просто обнаружить, поскольку они, по сути, движутся практически в полной темноте. На данный момент есть единственная возможность их обнаружить — это микролинзирование. Когда планета-бродяга случайно оказывается перед звездой в луче зрения земного наблюдателя, ее гравитация «преломляет» свет фоновой звезды. Это создает небольшое «колебание» в нашем восприятии звезды и говорит нам о том, что некое маленькое небесное тело прошло через поле нашего зрения.
Космический телескоп Roman продолжит работу по обнаружению планет изгоев, начатую телескопом «Джеймс Уэбб» (JWST). Roman проведет обзор галактического диска через подобие выпукло-вогнутых линз. Наблюдение поможет, как надеются астрономы, обнаружить от нескольких сотен до нескольких тысяч свободно плавающих планет. Исследователи надеются оценить их массы, скорости и направления перемещения и распределение по галактике. Это, в свою очередь, должно дать лучшее представление о том, как и где рождаются планеты-изгои. По сути, данные телескопа Roman заполнят «демографическую карту» Млечного пути.
Всех «бродяг» обнаружить по определению не получится. Особенно сложно найти популяцию планет с низкой массой. Это миры, которые меньше и легче Земли. Вероятно, они формируются в протопланетных дисках, как и их более крупные собратья, но были настолько малы, что для их выброса в космос не потребуется сильного толчка. Но ввиду той же низкой массы они не способны на эффективное гравитационное линзирование при транзитах на фоне звезд.
Более крупные и массивные миры с меньшей вероятностью выбрасываются в космос на ранних этапах планетообразования — их держит на крючке гравитация. Существование массивных планет-изгоев говорит об экстраординарных событиях, обеспечивших энергичное «выталкивание» в межзвездное пространство.
Roman будет также искать и обычные «оседлые» экзопланеты с помощью метода обычного транзита. Когда один объект в космосе регулярно проходит перед другим, то мы наблюдаем периодическое затухание света от фонового объекта. Продолжительность затухания, а также его глубина (сколько света блокируется) дают представление о природе объекта на переднем плане. Микролинзирование также предполагает «закрытие» одного объекта другим, но в этом случае астрономы обнаруживают гравитационное искажение света от фонового объекта. Оно происходит только один раз и длится достаточно долго. Из-за огромного расстояния перемещение объектов по небосклону кажется медленным, с какой бы скоростью в действительности они ни двигались.
Технически Roman почти готов, но его запуск состоится только через пару лет. Тем не менее, астрономы уже предсказывают, что его наблюдения за планетами-изгоями, а также другими несветящимися телами (например, первичными черными дырами, почему бы нет?) произведут революцию в представлении ученых о «населении» нашей галактики. https://ok.ru/group/70000002340979