В бескрайних просторах космоса существуют загадочные объекты, которые не привязаны гравитационными силами ни к одной звезде. Это планеты-изгои, также известные как планеты-бродяги или свободно плавающие планеты. Эти небесные тела путешествуют по межзвездному пространству самостоятельно, лишенные привычного для нас солнечного света и тепла.
Астрономы долгое время размышляли над происхождением этих космических странников. Недавнее исследование, опубликованное на сервере препринтов arXiv, пролило свет на механизмы формирования таких планет. Ученые провели компьютерное моделирование, чтобы определить наиболее вероятные пути возникновения планет-изгоев.
Современные наблюдения позволили обнаружить лишь несколько сотен таких объектов, но теоретические модели указывают на то, что их количество может исчисляться миллионами или даже триллионами. Выявление планет-изгоев представляет значительную сложность из-за их удаленности и отсутствия собственного излучения.
В данной статье речь пойдет о:
Механизмы рождения космических странников
Исследователи рассматривают два основных сценария формирования планет-бродяг. Первый предполагает, что эти объекты первоначально формируются как обычные планеты в протопланетных дисках вокруг молодых звезд, но затем выбрасываются за пределы своих систем. Второй сценарий описывает их формирование аналогично процессу образования звезд — напрямую из облаков газа и пыли в межзвездном пространстве.
Планеты, сформировавшиеся вблизи звезд, могут быть выброшены из своих систем различными способами:
Воздействие двойных звездных систем
Авторы нового исследования сосредоточили внимание именно на двойных звездных системах как на основном источнике планет-изгоев. Для моделирования была выбрана система TOI 1338 с подтвержденной планетой BEBOP-1. Этот выбор обеспечил надежную основу для компьютерного моделирования, охватывающего период в 10 миллионов лет.
Планетарные взаимодействия
Другой механизм образования планет-бродяг — гравитационные взаимодействия между планетами внутри одной системы. В хаосе формирования планетной системы гравитационные возмущения могут привести к тому, что некоторые тела будут выброшены на межзвездные траектории.
Внешние воздействия
Пролет соседней звезды вблизи планетной системы также может нарушить стабильность орбит и привести к выбросу планет за пределы системы.
Результаты моделирования и новые открытия
Проведенное компьютерное моделирование показало высокую эффективность двойных звездных систем в производстве планет-изгоев. Согласно расчетам, каждая двойная система в среднем выбрасывает от двух до семи планет с массой, превышающей массу Земли. Для газовых гигантов, масса которых превышает массу Земли в 100 раз, частота выброса снижается до 0,6 планеты на систему.
Основные выводы, полученные в результате моделирования:
- Большинство планет выбрасываются из протопланетных дисков в период от 400 тысяч до 4 миллионов лет после начала формирования
- Уровень турбулентности в протопланетном диске существенно влияет на вероятность выброса планет
- Более турбулентные диски способствуют формированию и последующему выбросу более массивных планет
- Суммарная звездная масса исследуемой системы TOI 1338 составляет примерно 1,3 массы Солнца
- Одиночные звездные системы не способны объяснить наблюдаемое количество свободно плавающих планет
Особенно интересным открытием стало определение временного окна, когда происходит большинство выбросов. Модели показали четкую корреляцию между параметрами двойной системы и характеристиками выбрасываемых планет, что позволяет более точно прогнозировать количество и массу планет-изгоев в различных участках Галактики.
Также было установлено, что уровень турбулентности в протопланетном диске существенно влияет как на вероятность выброса планет, так и на их массу. Более турбулентные диски способствуют формированию и последующему выбросу более массивных планет.
Перспективы дальнейших исследований
Несмотря на значительный прогресс в понимании происхождения планет-изгоев, авторы исследования признают ограничения своего моделирования. Для более точного понимания природы формирования этих космических странников необходимы дополнительные наблюдения.
В будущих исследованиях ученые планируют сосредоточиться на определении различий в химическом составе между свободно плавающими планетами. Такие данные могли бы помочь установить типы звезд, вокруг которых первоначально формировались эти планеты, а также определить их положение в протопланетных дисках до момента выброса.
Изучение планет-изгоев открывает новую главу в нашем понимании формирования планетных систем и эволюции галактик. Каждое новое открытие в этой области приближает нас к разгадке множества тайн Вселенной и механизмов, управляющих космическими процессами.
