Загадки космоса. Планеты и экзопланеты - Андрей Мурачёв

Происхождение самих глобулетт до сих пор неясно. Мы знаем, что подобные глобулеттам плотные облака газа и пыли могут образовываться в околозвездных дисках в результате гравитационной неустойчивости. Если это произошло, то в протопланетном диске может зажечься второй звездный компаньон или сформироваться планета-гигант. Но в туманностях межзвездный газ обладает гораздо меньшей плотностью, и гравитационные неустойчивости, как считалось, образовываться в нем не могут. Однако существование маломассивных свободно парящих коричневых карликов и блуждающих планет заставляет пересмотреть эти представления. Видимо, имеется механизм достижения газом большей плотности, но его детали пока ускользают от нашего внимания. Усложняет поиск разгадки и то, что трудно проследить закономерности того, в каких именно местах газовой туманности наблюдаются глобулетты. Многие из них изолированы, расположены далеко от пылевых столбов и областей повышенной плотности. Другие же связаны тонкими нитями с крупными молекулярными облаками и даже друг с другом.

Рисунок 21. Глобулетты в туманности Розетка. Это композиция из изображений, полученных с помощью телескопа «Канада – Франция – Гавайи» через фильтры для инфракрасного света

Ученые, которые занимаются этим вопросом, выдвигают совершенно разные гипотезы. Одни говорят, что глобулетты могут формироваться в результате фрагментации молекулярных облаков подобных тем, что приводят к образованию звезд. Другие считают глобулетты плотными сгустками газа и пыли, которые выбрасываются из околозвездных протопланетных дисков, подобно планетам. А третьи – что глобулетты образуются на границе расширяющихся пузырей горячего газа, которые формируются, когда загорается звезда. Плотность вещества на этой границе настолько велика, что оно может фрагментироваться в отдельные облака.

Образовавшиеся глобулетты «живут» в очень суровой межзвездной среде. Они подвергаются активному давлению излучения звезд и гравитационным возмущениям со стороны молодых звезд, через них проходят ударные волны и потоки газа. Время их жизни, по разным оценкам, составляет от десятков тысяч до миллионов лет. Те из них, которым повезет не рассеяться, могут коллапсировать и сформировать блуждающую планету или коричневого карлика. В 2013 году Гам с коллегами, изучая снимки туманности Розетка в ближнем инфракрасном диапазоне, нашел плотные ядра в некоторых из самых больших глобулетт98. Это еще раз подтверждает гипотезу о том, что некоторые свободно блуждающие планеты, вероятнее всего, образуются из глобулетт. Зная, как часто в туманностях встречаются глобулетты, можно вычислить их число в Галактике. Если даже всего 10 % из тех глобулетт, что существуют в настоящий момент, коллапсируют в блуждающие планеты, то число последних возрастет на 10–20 миллиардов.

В 2014 году, анализируя архивные данные телескопа «Хаббл», ученые обнаружили газовый гигант HD 106906 b, вращающийся вокруг одной из звезд в созвездии Южный Крест99. И к этому гиганту есть ряд вопросов. Во-первых, его родительская звезда, HD 106906, очень молода. Ее возраст оценивается приблизительно в 13 миллионов лет. Обычно к этому времени у звезды еще наблюдаются остатки протопланетного диска – но в данном случае их нет, как нет и других планет в системе. Во-вторых, HD 106906 b находится невероятно далеко от своей звезды – в 650 а. е. (для сравнения: радиус орбиты Нептуна равен всего лишь 30 а. е.). На таком расстоянии в протопланетном диске просто не может быть достаточного количества вещества, чтобы создать столь массивную планету.

Существует два возможных объяснения особенностей HD 106906 b. Первое гласит, что уже в самом начале своей эволюции система HD 106906 формировалась как двойная система, но вещества, которое досталось второму компаньону, оказалось слишком мало, чтобы в нем смогли начаться ядерные реакции – и образовался газовый гигант. Проблема с этой гипотезой в том, что это крайне нетипичная ситуация. Обычно в двойных системах звезды имеют сопоставимые массы. Масса же HD 106906 b составляет лишь 1 % от массы звезды, вокруг которой она обращается.

Вторая гипотеза заключается в том, что HD 106906 b некогда была блуждающей планетой, выброшенной родительской звездой, но почти сразу ее захватила другая звезда. Каким бы маловероятным ни казался такой сценарий, принципиальных возражений против него у специалистов нет. Сложно сказать, верна ли эта гипотеза, но сама идея того, что планеты могут путешествовать по Галактике от звезды к звезде, словно на перекладных, очень интригующая. В областях с высокой плотностью звезд количество таких захватов и перезахватов одной планеты может исчисляться десятками.

Инфракрасные детекторы помогают находить только молодые, еще не успевшие остыть, блуждающие планеты, излучающие в пространство много тепла. Пользуясь лишь этим методом, мы получим небольшую и, очевидно, весьма ограниченную выборку блуждающих планет. Большинство же из них, известных на настоящий момент, удалось обнаружить с помощью метода гравитационного микролинзирования.

Оливер Лодж

Явление природы, которое лежит в основе этого метода, было предсказано Альбертом Эйнштейном в рамках общей теории относительности. В соответствии с ней, когда луч света проходит вблизи любого массивного объекта, например звезды, галактики или скопления галактик, он отклоняется от прямолинейного пути. По выражению физика Оливера Лоджа, «гравитационное поле [звезды] действует как линза, но не имеет фокусной длины». В 1924 году русский физик Орест Хвольсон опубликовал работу, в которой показал, что отклонение луча света массивной линзой, такой как галактика, позволяет далекому наблюдателю увидеть второе изображение источника, а в некоторых случаях, когда источник света, линзирующий объект, и наблюдатель находятся на одной прямой, источник превращается для наблюдателя в кольцо. Такие кольца принято именовать кольцами Эйнштейна, хотя сам Эйнштейн и не подозревал об их существовании. Редко можно услышать термин «кольца Хвольсона – Эйнштейна». Если же масса линзы небольшая, кольцо Эйнштейна вырождается в кратковременное повышение яркости источника – это так называемое событие микролинзирования. Поиск и исследование таких событий, используемых для измерения скрытых от наблюдателя масс, называется методом гравитационного микролинзирования.

Орест Хвольсон

Этот метод позволяет измерять некоторые характеристики звезд-линз, например их массу, с точностью, намного превышающей ту, какой можно достигнуть любым другим астрофизическим методом. И именно по этой причине метод гравитационного микролинзирования стал единственным способом, с помощью которого есть шанс обнаружить блуждающие планеты, похожие на Землю.