Жители Земли узнают о наступлении утра по восходу солнца, а о том, что пора ужинать, напоминает закат. Кажется, что смена дня и ночи - обязательный атрибут любой планеты, но это неверное представление. Во-первых, некоторые планеты всегда повернуты к своему светилу одной стороной, а во-вторых, во Вселенной есть объекты, которые по всем признакам являются планетами, но при этом они не обращаются вокруг какой-либо звезды.
До недавнего времени считалось, что подобные объекты - их иногда называют бездомными планетами или планетами-бродягами - это некая космическая экзотика, но недавние исследования показали, что планет "без прописки" во Вселенной может быть гораздо больше, чем предполагали ученые. Кроме того, некоторые работы указывают, что такие планеты вполне могут быть обитаемыми.
Откуда они берутся
На сегодняшний день большинство астрономов полагают, что звезды и их планеты формируются из единого газопылевого облака - под воздействием гравитации его частицы начинают слипаться вместе, образуя более крупные фрагменты, которые притягивают к себе все новые и новые куски материи. Постепенно из более или менее однородной массы начинают выделяться отдельные сгустки - в центре новообразованной системы располагается звезда, а вокруг нее обращаются планеты разного размера.
На словах процесс возникновения планетарных систем кажется стройным и упорядоченным, но в действительности их рождение, как и положено, проходит в муках. Молодые или даже еще не до конца оформившиеся планеты вращаются вокруг звезды по неустойчивым орбитам и постоянно сталкиваются друг с другом. В итоге многие зачатки планет разрушаются, а их фрагменты входят в состав более стойких сгустков газа или же скапливаются в астероидных поясах (в Солнечной системе их два - так называемый главный пояс астероидов и более размытый пояс Койпера). Кроме того, некоторые планеты в результате встреч с соседними объектами могут выбиваться из зоны притяжения звезды или же их могут "воровать" соседние светила, притягивающие слишком отдалившихся от звезды-хозяина "дочек".
Вырвавшиеся на свободу планеты (иногда вместе со своими лунами) путешествуют сквозь космическое пространство и иногда попадают в зону притяжения какой-либо звезды, лишаясь статуса бездомных. Обнаружить бродяг, так и не прибившихся к светилам, довольно сложно, потому что планеты практически не испускают излучения. Ученые разработали несколько методов, которые позволяют преодолеть эту сложность, однако большинство из них "работает" только для планет, обращающихся вокруг какой-либо звезды.
Совсем недавно астрономы научились непосредственно наблюдать внесолнечные планеты. Впервые фотографии двух таких планет были получены в 2008 году. Подробнее об этом можно прочитать здесь.
Чаще всего ученые ищут внесолнечные планеты, наблюдая за изменением яркости светила - когда планета проходит по его диску, она закрывает часть излучения. Кроме того, специалисты отслеживают колебания звезды, вызываемые гравитационным воздействием обращающихся вокруг нее планет. То есть, оба варианта рассматривают изменения, происходящие с легко детектируемым объектом - звездой, и уже по характеристикам этих изменений ученые делают вывод о существовании и особенностях невидимых им планет.
Но способ искать обездоленные планеты все-таки есть - он основан на эффекте, предсказанном в рамках общей теории относительности (ОТО) Эйнштейна. Массивные объекты искривляют лучи света, идущие от далекой звезды, таким образом, что видимый блеск светила заметно возрастает. По продолжительности такого "оптического обмана" (на научном языке он называется эффект гравитационного микролинзирования звезд) астрономы определяют массу объекта, вызвавшего усиление блеска. Это не обязательно должна быть планета - искажать пути лучей света могут и черные дыры, и звезды и коричневые карлики (объекты, масса которых слегка не дотягивает до массы полноценного светила).
Критически важным моментом для поиска планет методом гравитационного микролинзирования является взаимное расположение удаленной звезды и изучаемого объекта - в среднем, в каждый отдельный момент времени в правильной комбинации с условным изучаемым объектом находится только одна из миллиона звезд центральной части Млечного Пути. Столь требовательный к начальным условиям метод не подходит для массового поиска экзопланет, поэтому чаще всего астрономы используют другие технологии планетарной "охоты".
Потерянное поколение
Тем не менее, некоторые специалисты прицельно занимаются гравитационным микролинзированием, и на днях большой международный коллектив астрономов представил результаты двухлетнего поиска внесолнечных планет этим способом. Результаты их работы опубликованы в одном из самых престижных научных журналов Nature.
Ученые в течение двух лет наблюдали 50 миллионов звезд в Млечном Пути при помощи 1,8-метрового телескопа MOA-II в новозеландской обсерватории Маунт Джон и 1,3-метрового телескопа Варшавского университета в обсерватории Лас-Кампанас в Чили. Исследователи зарегистрировали 474 случая увеличения блеска удаленных звезд, и 10 из них были достаточно слабыми для того, чтобы их причиной являлись не звезды или коричневые карлики, а планеты, масса которых сравнима с массой Юпитера.
За одну астрономическую единицу принимается среднее расстояние от Земли до Солнца, и оно составляет около 150 миллионов километров.
Исследователи "прочесали" пространство на расстоянии 10 астрономических единиц вокруг подозрительных объектов (для сравнения, расстояние от Солнца до Сатурна составляет около 9 астрономических единиц), но ни в одном случае им не удалось обнаружить звезд, вокруг которых могли бы обращаться обнаруженные бесхозные планеты. Теоретически, планеты-гиганты могут быть удалены от своей звезды на расстояние больше 10 астрономических единиц, однако наиболее общепринятые теории планетообразования предсказывают, что такое местоположение маловероятно.
Авторы провели статистическую обработку полученных данных для того, чтобы понять, сколько в действительности в Галактике бездомных планет, учитывая, что метод гравитационного микролинзирования в принципе позволяет найти только очень малую часть от существующих планет-бродяг. Ученые заключили, что количество "бездомных" планет может почти вдвое превысить количество звезд в Млечном Пути.
С полученной авторами оценкой согласны не все коллеги, однако критики работы признают, что изложенные в ней данные указывают на заметную недооценку количества планет-бродяг во Вселенной. При этом обездоленные планеты могут оказаться весьма интересными объектами - недавно два американских астрофизика представили работу, в которой предположили, что на бродягах в течение длительного времени (несколько миллиардов лет) может существовать жидкая вода. Источником тепла для бездомных планет может служить распад радиоактивных изотопов в недрах планет, и хотя их поверхность неизбежно покроется коркой льда, принципиальных ограничений для существования жизни в подледном океане нет.
Без звездного излучения на бездомных планетах вряд ли могут развиться сложные экосистемы, похожие на те, что сегодня существуют на Земле, но там вполне могут образоваться самые разные сообщества микроорганизмов, извлекающих энергию из окисления различных химических соединений в темноте. Так что не исключено, что бродяги еще смогут удивить астрономов.