В Галактике могут быть миллиарды планет-странников!

Блог Фила Плейта Bad astronomy

18 мая 2012 года

Новые результаты астрономов, которые наблюдали пространство по направлению к центру Млечного Пути, приводят к потрясающему выводу - меж звезд могут бродить миллиарды планет, подобных Юпитеру! В реальности таких планет может быть до 2 раз больше, чем всех звезд в нашей Галактике, их может быть даже больше, чем планет на орбитах звезд!

Исследование, опубликованное в журнале Nature, - результат проекта Микролинзовые Астрофизические Наблюдения (МОА). Вместо того, чтобы наблюдать неуловимые вспышки света около звезд или же влияние, которое планеты оказывают на свои звезды, способ микролинз изучает влияние, которое планеты оказывают на свет звезд фона.

Искривленный вид

Немного странно - все благодаря искривлению пространства гравитацией. Представьте, что я сижу на плоском полу, и катаю шарики по всем направлениям. Если вы сидите в паре метров от меня, вы сможете поймать только несколько штук, которые катятся по направлению к вам. Но если между нами находится большое углубление, скорее всего некоторые из этих шариков пройдут мимо вас, зато к вам прикатятся другие, обогнув углубление по краю. У вас будет больше шариков!

То же касается и гравитации со светом. Звезда излучает по всем направлениям, но мы видим всего лишь малую порцию ее света. Если между нами появится массивный объект - такой, как планета, - он вызовет искривление пространства, под действием которого нас может достичь свет, который мы бы никогда не увидели. И мы увидим, что звезда увеличила свою яркость! Такое явление называется гравитационная линза. При прохождении планеты, мы видим, как звезда фона меняет свою яркость - сначала увеличивая, а затем уменьшая ее. Это явление предсказано общей теорией относительности Эйнштейна, его можно использовать для поиска планет и определения их масс.

Проверка МОА

Итак, астрономы проекта МОА сели и стали изучать участок неба по направлению к центру Млечного Пути. Они смотрели на шокирующее количество в 50 млн звезд около галактического утолщения, где звезды упакованы так плотно, что сильно повышают вероятность увидеть это редкое явление. Гравитационная линза, которая образуется при прохождении планеты перед звездой, длится всего пару дней, поэтому они делали снимки каждые 10-50 минут, чтобы наверняка поймать как можно больше. Объем полученных данных потрясает.

И даже при таких условиях им удалось поймать всего тысячу событий за 2006-2007 годы. Поначалу мне показалось это большим числом, но это всего лишь одно событие на 50 тысяч звезд! Но в любом случае из этой тысячи примерно половина была достаточно хорошей, чтобы использовать ее в исследовании. А из этих всего 10 случаев показали кривую изменения блеска в два дня, подтверждая, что линза была образована планетой массой с Юпитер! Объекты звездной массы искривляют пространство сильнее, и в таком случае кривая изменения блеска будет длиннее по времени.

Астрономы запросили дополнительную проверку со стороны другого проекта (OGLE), который подтвердил 7 из 10 случаев.

Но что заставляет ученых думать, что это все - блуждающие планеты, а не планеты на орбите какой-нибудь звезды? Ну, во-первых, наблюдалось только одно событие увеличения и уменьшения блеска - в случае планеты на орбите, это явление происходило бы периодически. Кроме этого сами звезды, вокруг которых вращаются эти планеты, давали бы эффект гравитационной линзы, но этого не наблюдалось. Наконец, возможно, что планета движется по очень вытянутой орбите, но таких, согласно статистике не более 25% от общего числа планет на орбитах. Так что значительное число от всех случаев составляют именно планеты без звезд-хозяек.

Кипит! Снимай, снимай! 

Удивительно! Но как появились все эти планеты?

Поскольку они бродят свободно в пространстве, они или сформировались как звезды - напрямую из облаков межзвездной пыли, или же были чем-то выброшены из своих систем. 

Первый случай накладывает определенные ограничения на их массу (скажем, у скольки планет масса в 0.1 массы юпитера, у скольки - в 0.5 масс и т.п.).  Но наблюдаемое распределение масс отличается от приведенных ограничений, поэтому первый случай вряд ли возможен.

Поэтому остается только один вариант - они формировались в своих системах, а потом были выброшены наружу какой-то силой.

Но как планета может покинуть свою звезду? Должно быть, это происходит естественным путем и широко распространено в Галактике. 

Я давно подозревал, что дело может быть вот в чем. Мы наблюдаем множество планет, кружащихся вокруг своих солнц значительно ближе, чем это допускает модель стабильности системы. Скорее всего, они образовались где-то во внешних пределах системы, а потом постепенно приблизились к своей звезде, прорываясь через материал, оставшийся после их рождения. Все это не может не повлиять на другие планеты, некоторые из которых могут упасть на звезду, некоторые - занять более широкие орбиты, а некоторые - просто быть выброшены за пределы системы.

И вот эти-то как раз нас и интересуют. Планета массой в 5 юпитеров может вытолкнуть с орбиты, скажем планету с юпитер. Мы действительно наблюдаем сейчас большое количество т.н. "горячих юпитеров" близко к их звездам. А это означает, что на каждую из таких планет может приходиться одна или даже больше планет, которые были выброшены в пространство. 

Меж звезд

Как оказалось, результаты МОА,  подтверждают эту идею - в Галактике, как говорит статистика, может быть вдвое больше планет-бродяг массой с юпитер, чем звезд!  Если вспомнить, что в Галактике, по оценкам, сотни миллиардов звезд, количество планет-сирот, бродящих в огромных пространствах меж звезд, становится просто потрясающим!

Миллиарды. Вот это да. Их количество может превыщать количество обычных планет, на орбитах в 1.5 или даже больше раз. Их там больше, чем всех людей на Земле!

И, если не возражаете, проект МОА занимается планетами с массами Юпитера и больше. Он не видит планеты меньше, чем Юп, которых, вообще говоря, должно быть гораздо больше.

И эти планеты не будут замерзшими гигантами, как можно было бы ожидать. В действительности, и Сатурн и Юпитер, отдают больше энергии, чем они получают от Солнца. Ядра обеих планет - теплые, вследствие разных причин - например, радиоактивного распада элементов внутри. Так что предполагается, что собственного тепла такому бродяге должно хватать, чтобы поддерживать себя в газообразном состоянии несмотря на холод глубокого космоса. 

Теперь вы спросите об обитаемости таких кочевников космоса. Эти планеты - газовые гиганты, совсем не похожие на Землю. Но вокруг них могут быть спутники, которые могут разогреваться приливными взаимодействиями - так же, как Ио Юпитера или Энцелад Сатурна. Хотя вероятность, что спутники не будут содраны со своих мест во время бегства планеты из системы, очень мала, в этом плане природа уже удивляла нас не раз - так, как, скажем, с самим существованием подобных планет - бродяг в космосе. Интересно бы почитать какие-нибудь исследования по этому вопросу.

И хотя должно быть гораздо больше маленьких планет в открытом космосе, скорее всего они просто безнадежно промерзли насквозь. Слишком плохо, слишком холодно.

Вот как-то так.

Заключение

Проект МОА , как по мне, очень интересен с научной точки зрения. Результаты выглядят хорошо, и получены на основе всего одного года наблюдений. Если астрономы продолжат работать с ними, они найдут еще больше этих планет, тогда интересно будет глянуть их статистику еще раз. Кажется, что они проделали всю работу достаточно тщательно и с большой долей скептицизма, кроме того, независимая проверка проекта OGLE подтвердила их результаты.

И конечно, все это очень захватывает. Представьте - Галактика, полная планет-бродяг! Эти планеты вряд ли будут представлять опасность для космической навигации (все-таки масштабы Галактики слишком велики).  Но в моем воображении они, эти холодные, темные, одинокие беглянки летят где-то в темной бездне космоса. И если мы бы высадились на одну из них, что бы мы нашли?

Такие мысли снова дают мне повод порадоваться, что я - астроном, живущий в наше время. Как только ты думаешь, что у Вселенной кончились сюрпризы, она снова напоминает тебе о том, что она значительно умнее нас.

Artwork credit: Dan Durda; NASA/JPL-Caltech