В космическом пространстве можно найти шаровидные тела, которые не удерживаются гравитацией ни к звезде, ни к коричневому карлику. Эти объекты, известные как планеты-сироты, практически не отражают свет, что затрудняет их прямое наблюдение. Благодаря уникальному сочетанию факторов международной группе астрономов удалось не только обнаружить один из таких объектов, но и определить его массу с беспрецедентной точностью.
Обычно планеты вращаются вокруг звезды или системы звезд, подчиняясь установленным физическим законам, которые определяют их орбиты и скорость. Однако в конце двадцатого века ученые выдвинули гипотезу, согласно которой в космосе могут существовать свободно дрейфующие планеты, не связанные гравитационно со звездами. Эти объекты обычно называют планетах-сиротах.
Полагают, что планеты-сироты отрываются от своих орбит и покидают собственные звездные системы вследствие какого-либо катастрофического события. Кроме того, они могут формироваться из межзвездного газа и пыли как самостоятельные объекты. Этот путь похож на образование звезды, но в гораздо меньших масштабах.
Обнаружить такие объекты с помощью оптического телескопа крайне сложно, поскольку они не излучают, подобно звездам, и отражают незначительное количество света, а иногда и вовсе не отражают его. Планеты в Солнечной системе видны в телескоп, так как они отражают свет Солнца. Однако, поскольку планеты-сироты расположены на значительном удалении от звезды, отраженный свет от фоновых источников, таких как далекие звезды, слишком слаб для регистрации стандартным оборудованием.
Ученые используют сложную технику гравитационного микролинзирования для поиска планет-сирот. Этот метод базируется на предсказаниях Альберта Эйнштейна: когда такая планета проходит перед удаленной звездой, ее гравитация искажает и увеличивает свет этой звезды, подобно линзе. В течение нескольких дней или недель звезда выглядит заметно ярче с точки зрения наблюдателя на Земле. Анализируя кратковременное изменение блеска светила, можно определить наличие планеты-сироты.
У данного подхода имеется существенный недостаток. По форме искривления света трудно установить, какое конкретно небесное тело находится между звездой и Землей. Метод не позволяет с высокой степенью достоверности определить два важных параметра – массу гравитационной линзы и расстояние до нее. В результате, значительное число кандидатов в планеты-сироты остаются без подтверждения. Эти объекты вполне могут быть как газовыми гигантами, так и коричневыми карликами — это тела, не обладающие достаточной массой для формирования полноценных звезд: они имеют меньшую массу, чем звезды, но больше, чем у газовых гигантов, таких как Юпитер.
Астрономы, приступая к систематическому поиску планет-сирот с использованием метода гравитационного микролинзирования, предполагали, что эти планеты могут иметь широкий диапазон масс – от масс, сопоставимых с массой Земли, до масс, характерных для коричневых карликов. Таким образом, ученые исходили из того, что не должно наблюдаться существенных различий в распределении масс этих объектов.
Вместо этого в данных был выявлен необычный скачок. Исследователи отмечали достаточное количество объектов, сравнимых по массе с Юпитером, и коричневых карликов, однако объектов промежуточных размеров, находящихся между массой Нептуна и Юпитера, практически не наблюдалось. Этот «пробел» в распределении масс получил неофициальное наименование «пустыня Эйнштейна». Оставалось неясным, действительно ли не существует планет-сирот, обладающих такими размерами, или же существующие методы наблюдения попросту не позволяют их идентифицировать?
Независимо друг от друга две группы астрономов, возглавляемые Анжеем Удальским ( Andrzej Udalski) из Варшавского университета в Польше и Гэвина Коулмана ( Gavin Coleman) полученная степень бакалавра наук из Лондонского университета королевы Марии дала возможность глубоко изучить данный вопрос.
В 2024 году корейский телескоп KMTNet и польский OGLE зарегистрировали кратковременное повышение яркости звезды. Это явление, обозначенное как KMT-2024-BLG-0792 и OGLE-2024-BLG-0516, свидетельствует о том, что исследователи обнаружили объект с планетарной, а не звездной массы.
Космическая обсерватория «Гайя» также вела наблюдения за тем же участком неба, практически в то же время, что и наземные телескопы» ( Gaia). Подобное стечение обстоятельств случается очень редко. Используя метод параллакса и наблюдая одно и то же событие с помощью наземных телескопов и космического аппарата, ученые смогли с высокой степенью точности определить расстояние до гравитационной линзы и, что наиболее важно, ее массу.
Обнаружено, что исследуемый объект представляет собой планету-сироту, расположенную на удалении в 10 тысяч световых лет от Земли. Масса этой планеты составляет около 22 процента массы Юпитера, что сопоставимо с массой Сатурна. Таким образом, это первая планета-сирота, у которой астрономам удалось определить массу с высокой степенью точности. Масса является основным критерием, по которому астрономы проводят разграничение планет и других космических тел.
Данное открытие имеет двоякий смысл. С одной стороны, оно подтверждает наличие планет-сирот как самостоятельной группы небесных тел. С другой стороны, оно указывает на то, что планеты-сироты промежуточного размера не являются чем-то исключительным — просто их трудно было обнаружить и идентифицировать.
Некоторые эксперты полагают, что в дальнейшем подобных открытий будет сделано ещё больше. В 2027 году NASA намерен запустить космический телескоп имени Нэнси Грейс Роман» ( Телескоп «Нэнси Грейс Ромэн ) — широкодиапазонную инфракрасную обсерваторию, предназначенную для поиска новых планет-сирот и изучения процессов их формирования и вытеснения из планетных систем.
Научная работа опубликована в журнале Science.