Представьте себе планету. На ней могут быть горы, океаны, атмосфера. Возможно, даже есть условия для жизни. Но на ее небе никогда не восходит солнце. Нет дня, нет ночи в привычном смысле — только вечная темнота, изредка разрываемая далекими звездами, которые выглядят как едва заметные точки.
Эта планета не принадлежит никакой звездной системе. Она дрейфует в межзвездном пространстве в одиночестве. Ее называют планетой-сиротой, или свободно плавающей планетой.
И таких планет во Вселенной, возможно, больше, чем звезд.
1. Что такое планета-сирота
Планета-сирота — это объект планетной массы, который гравитационно не связан ни с одной звездой. Он не вращается вокруг светила, а движется самостоятельно по галактической орбите, как звезда, но при этом сам не является звездой — в его недрах не идут термоядерные реакции.
Чем планета-сирота отличается от коричневого карлика? Массой. Коричневые карлики — это объекты с массой от 13 до 80 масс Юпитера. В их недрах может идти синтез дейтерия, но не водорода. Планеты-сироты легче — обычно меньше 13 масс Юпитера и часто сравнимы с массой Земли или Нептуна.
Но главное отличие не в физике, а в происхождении.
2. Как планета становится сиротой
Есть два основных сценария рождения планет-сирот.
Первый сценарий: изгнание. Планетная система — это не спокойное место. Гравитационные взаимодействия между планетами могут привести к катастрофическим последствиям. Один из газовых гигантов может подойти слишком близко к другому, и гравитационный маневр выбросит меньшую планету прочь из системы. Скорость, которую планета получает при таком выбросе, может превысить скорость убегания от звезды. Планета навсегда покидает родную систему.
По некоторым оценкам, в процессе формирования планетных систем выбрасывается от 50% до 90% всех планет. Большинство планет не задерживаются в своих системах — они рождаются, странствуют и уходят в одиночное плавание.
Второй сценарий: рождение в одиночестве. Не все планеты формируются в протопланетных дисках вокруг звезд. Маленькие газопылевые облака могут коллапсировать под собственной гравитацией напрямую в объект планетной массы. Такие планеты никогда не знали звезды, они родились сиротами.
Этот сценарий похож на рождение звезд, но в меньшем масштабе.
А знаете ли вы? Объект SIMP J013656.5+093347 имеет массу 12,7 массы Юпитера — на границе между планетой и коричневым карликом. При этом в его атмосфере наблюдаются полярные сияния. У него нет звезды-хозяина. Магнитное поле планеты взаимодействует не со звездным ветром, а с межзвездной средой. Это первая планета-сирота, у которой обнаружили аврору.
3. Как их обнаруживают, если они не светятся
Планета-сирота не излучает собственного света, за исключением слабого теплового излучения. Обнаружить объект размером с Юпитер на расстоянии сотен световых лет — почти нереальная задача.
Однако астрономы нашли способы.
Метод 1: Прямое наблюдение в инфракрасном диапазоне. Вскоре после формирования планета-сирота еще теплая. Ее температура может достигать тысяч градусов — остаточное тепло от гравитационного сжатия. В инфракрасном диапазоне она светится, хотя и слабо. Некоторые телескопы могут обнаружить такое свечение.
Метод 2: Гравитационное микролинзирование. Когда планета-сирота проходит между Землей и далекой звездой, ее гравитация искривляет свет звезды. Звезда ненадолго становится ярче. Это событие длится от нескольких часов до нескольких дней. По характеру изменения яркости можно определить массу и расстояние до объекта. Именно так были открыты первые планеты-сироты.
Метод 3: Наблюдение в радиодиапазоне. У крупных планет-сирот (близких к коричневым карликам) есть магнитосферы. Они генерируют радиоизлучение, которое можно зарегистрировать с Земли.
Первые кандидаты в планеты-сироты были обнаружены в конце 1990-х годов. Но массовое открытие началось в 2010-х годах — сначала с помощью микролинзирования, а затем с помощью инфракрасных обзоров.
4. Сколько их во Вселенной
Оценки поражают. На основе данных микролинзирования астрономы подсчитали: в Млечном Пути может быть от нескольких сотен миллиардов до нескольких триллионов планет-сирот.
Это означает, что на одну звезду приходится от 1 до 10 планет-сирот. В Галактике примерно 100 миллиардов звезд. Значит, планет-сирот может быть больше, чем звезд.
Некоторые оптимистичные оценки говорят: две трети всех планет в Галактике — сироты. Более консервативные — одна четверть, но даже в консервативном сценарии это десятки миллиардов миров, дрейфующих в темноте.
А знаете ли вы? В 2017 году была открыта планета-сирота OGLE-2017-BLG-0560L с массой между Землей и Нептуном. Она находится на расстоянии около 20 000 световых лет — в центральной части Млечного Пути. Ее обнаружили методом микролинзирования. Это один из самых маленьких свободно плавающих миров, известных науке.
5. Может ли на планете-сироте существовать жизнь
Это один из самых интригующих вопросов. На первый взгляд, жизнь без солнечного света невозможна, но что если природа может найти обходные пути?
Подледные океаны. У планеты-сироты может быть толстая ледяная кора. Под ней — океан жидкой воды. Тепло от радиоактивного распада в ядре планеты и теплота, оставшаяся с момента формирования, могут поддерживать воду в жидком состоянии миллиарды лет.
На Земле есть экосистемы, которые существуют без солнечного света — в глубинах океана, возле гидротермальных источников. Бактерии и черви живут за счет химической энергии: окисления сероводорода, метана, водорода. Такие же хемосинтетические экосистемы могут существовать и в океанах планет-сирот.
Атмосферное тепло. У массивной планеты-сироты (близкой к коричневому карлику) может быть плотная атмосфера из водорода и гелия. Она удерживает тепло. И хотя внешние слои холодные, в глубине температура может быть выше точки замерзания воды.
Радиоактивное тепло. Планеты земной группы содержат радиоактивные изотопы — уран, торий, калий-40. Их распад выделяет тепло. Если сирота достаточно массивна и имеет каменный состав, этого тепла может хватить для поддержания подповерхностных океанов.
Жизнь на планете-сироте, если она существует, будет не похожа на земную. Никакого фотосинтеза, а вся энергетическая база — химические реакции и, возможно, радиоактивность. Но биологи уже нашли на Земле бактерии, которые живут только за счет водорода, выделяющегося при радиоактивном распаде. И они не нуждаются в солнечном свете.
6. Ближайшая планета-сирота
Самые близкие к Земле планеты-сироты, вероятно, находятся на расстоянии нескольких десятков световых лет. Но некоторые могут быть и ближе.
Объект CFBDSIR 2149-0403 находится на расстоянии около 130 световых лет в созвездии Волопаса. Его масса — от 4 до 7 масс Юпитера. Температура поверхности — около 430°C. Он молод — возраст около 100 миллионов лет и этого достаточно, чтобы он был горячим и видимым в инфракрасном диапазоне.
Гипотетически, возможно существование планеты-сироты на расстоянии менее 10 световых лет от Солнца. Мы просто не можем ее обнаружить — она слишком холодная и не светится. Такая планета будет иметь температуру, близкую к температуре космического фона (около -270°C), а её инфракрасное излучение будет крайне слабым.
7. История открытия
Идея о существовании планет, не привязанных к звездам, высказывалась еще в середине XX века. Но серьезные поиски начались только в 1990-х.
1990-е: Первые кандидаты в коричневые карлики и молодые горячие планеты-сироты в областях звездообразования (Орион, Телец).
2000-е: Развитие метода гравитационного микролинзирования. Теоретические работы показывают, что сирот должно быть очень много. Обнаружение первых объектов с массами планет, не связанных со звездами.
2010-е: Настоящий прорыв. Данные микролинзирования показывают, что планет-сирот может быть больше, чем звезд. Инфракрасные обзоры (2MASS, WISE, UKIDSS) находят десятки таких объектов в окрестностях Солнца.
2020-е: Запуск телескопа "Джеймс Уэбб" позволяет изучать атмосферы уже известных планет-сирот.
8. Судьба планет-сирот
Что ждет мир, у которого нет звезды?
Он будет остывать медленно, но неуклонно. Через сотни миллионов лет он остынет настолько, что его атмосфера (если она есть) сконденсируется или замерзнет. Поверхность станет ледяной пустыней при температуре, близкой к абсолютному нулю.
Но процесс остывания может быть очень долгим. Планета массой с Юпитер будет излучать тепло миллиарды лет. Даже через 10 миллиардов лет она будет теплее окружающего пространства.
Возможна ли в долгосрочной перспективе "разморозка"? В теории да. Если планета-сирота пролетит достаточно близко к звезде, гравитация может захватить ее на орбиту. Такой сценарий маловероятен — межзвездные расстояния огромны, но за миллиарды лет он может произойти.
Некоторые астрономы предполагают, что облако Оорта — резервуар комет на окраине Солнечной системы — могло быть частично сформировано из захваченных планет-сирот. Некоторые объекты пояса Койпера тоже могут быть бывшими сиротами.
9. Планеты-сироты и теория панспермии
Если на планетах-сиротах возможна жизнь, она может распространяться по Галактике. Как? Через столкновения.
Когда планета-сирота сталкивается с другим телом, выброшенные осколки могут содержать микроорганизмы. Некоторые из этих осколков могут быть захвачены гравитацией другой планетной системы. Теория панспермии предполагает, что жизнь может путешествовать между звездами именно так — внутри метеоритов.
Планеты-сироты, блуждающие между звездами, могут служить "ковчегами". Если на одной из них есть жизнь (например, в подледном океане), она может сохраняться миллиарды лет. А если система, в которую когда-то входила эта планета, сформировала жизнь заново — сирота может стать ее источником.
Когда вы в следующий раз посмотрите на ночное небо, помните: между звездами, в темноте, дрейфуют миллиарды миров. Некоторые из них — размером с Землю. Некоторые — с океанами подо льдом. Некоторые, возможно, хранят жизнь, которая никогда не видела солнечного света. Они путешествуют в одиночестве, не зная привязанности к звезде. Планеты-сироты — самые многочисленные миры Галактики.
И самые загадочные.
Подпишись, если понравилась статья!