В молодых звездных скоплениях астрономы нередко фиксируют так называемые объекты планетарной массы, не имеющие постоянного места обитания — небесные тела, масса которых превышает массу каменистых планет, но уступает массе звезд. Эти объекты не связаны гравитационно ни с одним светилом и свободно перемещаются в космическом пространстве. Происхождение этих объектов долгое время являлось предметом дискуссий среди ученых. Недавно исследователи сделали значительный шаг к разгадке этой загадки.
Объекты планетарной массы (обозначаются как Planetary Mass Object или PMO) или планемо — не похожи ни на звезды, ни на планеты. Их часто называют космическими «кочевниками», поскольку многие из них являются «одиночками», гравитационно не связанные ни с одним светилом и, как следствие, свободно дрейфующие в космическом пространстве. Масса этих объектов, как правило, не превышает 13 масс Юпитера. Чаще всего эти тела обнаруживаются в «звездных яслях» — молодых скоплениях вроде Трапеции Ориона.
Несмотря на то, что объекты планетарной массы довольно распространены в космосе, их формирование на протяжении многих лет вызывает вопросы у исследователей. Одна из гипотез предполагает, что PMO могли образоваться как «недоформировавшиеся звезды», не набравшие достаточной массы для начала термоядерных реакций, аналогичных тем, что происходят в настоящих звездах коричневых карликов или звезд. Согласно другой — PMO — это планеты-сироты, выброшенные из своих родных систем в результате «гравитационных драк».
Однако ни одна из предложенных гипотез не способна объяснить, к примеру, высокую распространенность PMO в космосе, их периодическое образование пар и синхронное движение вместе со звездами в скоплениях, что создает впечатление их одновременного рождения.
Международная группа астрономов во главе с Дэном Хунпином предприняла попытку разобраться в этих вопросах ( Deng Hongping) из Шанхайской астрономической обсерватории Китайской академии наук. Используя компьютерное моделирование, исследователи воссоздали условия, характерные для звездных скоплений, и проанализировали столкновения между двумя околозвездными дисками — газопылевыми дисками, окружающими молодые звёзды.
При подходе двух дисков друг к другу на расстояние 300–400 астрономических единиц (расстояние от Земли до Солнца) и скорости 2–3 километра в секунду, их гравитационное взаимодействие приводит к растяжению и сжатию газа, формируя «приливные мосты» — вытянутые структуры из вещества. Впоследствии эти «мосты» схлопываются, образуя плотные газовые «нити», которые затем фрагментируются на отдельные сгустки. Когда масса этих сгустков достигает определенного порога, из них формируются протомолекулярные облака (PMO) с массой, приблизительно в 10 раз превышающей массу Юпитера.
Согласно результатам моделирования, приблизительно 14% PMO формируются в парах или тройках, при этом расстояние между ними варьируется от 7 до 15 астрономических единиц. Это объясняет, почему в отдельных звездных скоплениях ученые фиксируют двойные системы объектов планетарной массы.
Столкновения планетных дисков – распространенное явление в густонаселенных звездных скоплениях, таких как Трапециевидное скопление Ориона. Именно поэтому там возможно формирование сотен протопланетных дисков (PMO), что и служит объяснением большого количества этих объектов, обнаруженных астрономами в космосе.
Анализ, выполненный командой Хунпина, показал, что PMO формируются иным образом, чем обычные планеты. Их создание происходит из вещества, находящегося во внешних областях околозвездных дисков, где концентрация тяжелых элементов ниже, что обуславливает их уникальный химический состав. В отличие от планет-сирот, которые были выброшены из своих исходных систем, объекты планетарной массы возникают одновременно со звездами и в некоторых случаях могут двигаться с ними синхронно.
PMO также обладает газовыми дисками, простирающимися до 200 астрономических единиц в диаметре. В подобных дисках, как предполагается, способны формироваться планеты и спутники, представляющие собой уменьшенные копии Солнечной системы.
Анализ, проведенный командой Хунпина, свидетельствует о том, что PMO, вероятно, является не следствием эволюции звезд или планет, а формируется в результате гравитационных взаимодействий в околозвездных дисках. Для подтверждения этой гипотезы исследователи намерены изучить химический состав PMO и окружающих их дисков с помощью космического телескопа «Джеймса Уэбба». Хунпин также планирует провести проверку своей гипотезы, используя данные, полученные из других молодых скоплений. Если результаты исследований окажутся верными, PMO могут быть отнесены к новому типу астрономических объектов.
Научная работа опубликована в журнале Science Advances.