В Млечном Пути найдены триллионы странствующих планет

29 октября 2020 года астроном Пшемек Мроз из Варшавского университета вместе с международной командой ученых сделал сенсационное открытие: впервые удалось зафиксировать слабый световой сигнал из центра нашей галактики, который на первый взгляд показался ничем не примечательным. Однако этот сигнал, получивший обозначение OGLE-2016-BLG-1928, оказался первой достоверной находкой планеты, сравнимой по размеру с Землей, но не привязанной к какой-либо звезде. Такие планеты, называемые странствующими, свободно плавают в пространстве между звездами, и их существование долгое время оставалось лишь гипотезой.

Для Мроза это открытие стало исполнением мечты ученого. Сложно не почувствовать волнения, когда открываешь нечто по-настоящему новое, отмечает Мроз, добавляя, что именно ради таких моментов он посвятил себя науке. И это открытие оказалось именно тем, чего он стремился достичь.

За последние десять лет несколько независимых проектов по наблюдению за небом выявили доказательства существования массивных планет, сравнимых по размеру с Юпитером, которые дрейфуют в космосе в одиночку. Однако находка OGLE-2016-BLG-1928 стала первым свидетельством того, что в космическом пространстве могут существовать и планеты, схожие по размеру с Землей. В 2020 году другая команда, работающая над проектом MOA (Microlensing Observations in Astrophysics), также обнаружила вторую подобную планету — MOA-9y-5919. Вместе эти открытия позволяют предположить, что странствующие планеты составляют целый, ранее неизвестный класс небесных тел.

Эти находки подтверждают, что в нашей галактике может существовать огромное количество таких свободно плавающих планет. По оценкам, на каждую звезду может приходиться до семи таких объектов, что приводит к ошеломляющему выводу: только в Млечном Пути могут существовать триллионы таких планет. Эти цифры внушают трепет, особенно если учесть, что до недавнего времени мы даже не подозревали об их существовании. Более того, количество странствующих планет, возможно, превышает количество обычных планет, таких как Земля, которые вращаются вокруг своих звезд. Вероятно, привычные нам миры, наоборот, являются исключением из общего правила.

Чрезвычайное количество странствующих планет указывает на то, что процесс формирования планет может быть крайне хаотичным. Многие из них выбрасываются в космическое пространство практически сразу после своего образования. Это означает, что множество потенциально обитаемых планет могут в итоге оказываться холодными и безжизненными, лишенными тепла своих звезд. В то же время некоторые экзобиологи высказывают гипотезу, что определенные типы таких планет могут служить переносчиками жизни, распространяя ее через межзвездное пространство.

Открытие странствующих планет также подчеркивает, насколько современные технологии позволяют заглядывать в ранее скрытые уголки Вселенной. Эти объекты не излучают света и не отбрасывают тени, что делает их практически невидимыми для прямого наблюдения. Единственный способ обнаружить их — по тому, как их гравитационное поле искажает свет других звезд. Гравитационное притяжение планеты может действовать как линза, кратковременно усиливая свет более далеких звезд, как это произошло с OGLE-2016-BLG-1928. Этот феномен, называемый гравитационным микролинзированием, сложно обнаружить, но он предоставляет уникальные данные. В действительности, обнаружение таких планет стало возможным только благодаря микролинзированию, которое является единственным методом для их выявления.

С начала 1990-х годов исследования микролинзирования претерпели значительные изменения благодаря использованию более крупных матриц ПЗС, быстрых электронных систем и улучшенного программного обеспечения, которое помогает фильтровать ложные сигналы. Эти усилия привели к обнаружению менее десяти вероятных свободно плавающих планет, но предстоящий космический телескоп NASA, названный в честь Нэнси Грейс Роман, обещает перевернуть представления о данной области. С запуском, запланированным на 2027 год, телескоп проведет первый специализированный обзор микролинзирования, используя 2,4-метровое зеркало и современные инфракрасные детекторы для сканирования больших участков неба. Ожидается, что к 2032 году количество известных странствующих планет может возрасти в сто раз.

Сбор данных с телескопа Роман будет дополнен наблюдениями с других космических и наземных обсерваторий, среди которых особенно выделяется китайский космический телескоп Earth 2.0, запуск которого намечен на 2028 год. Эти проекты должны стать важнейшим этапом в исследовании экзопланет, но здесь возникает одна проблема: данные с телескопа Роман будут немедленно доступны всему мировому научному сообществу, тогда как данные с Earth 2.0, вероятно, останутся закрытыми на некоторое время. Это создает определенные сложности, так как китайские астрономы и их международные коллеги, имеющие доступ к обоим телескопам, могут получить значительное преимущество в исследованиях перед другими учеными.

Обнаружение странствующих планет также ставит под сомнение устоявшиеся представления о том, как формируются планеты. Впервые идея о том, что планеты, включая Землю, сформировались из облака туманности вокруг молодого Солнца, была предложена шведским философом Эммануэлем Сведенборгом еще в 1734 году. На протяжении многих лет эта гипотеза подвергалась многочисленным изменениям и доработкам, учитывая новые открытия в области гравитации, турбулентности и атомной физики. Однако основная идея оставалась неизменной: Солнечная система эволюционировала от хаоса к порядку, а планеты сформировались в своем нынешнем виде вокруг Солнца.

Однако это представление начало рушиться в 1995 году, когда швейцарские астрономы обнаружили первую известную планету вокруг звезды, подобной Солнцу. Найденный ими мир не соответствовал многим стандартным теориям о том, как рождаются планеты. В результате открытия горячих Юпитеров, находящихся слишком близко к своим звездам, ученые пришли к выводу, что такие планеты должны были образоваться на значительном удалении, а затем мигрировать ближе к звезде в результате хаотических процессов. Эти открытия привели к пересмотру многих традиционных представлений о формировании планет.

Появление странствующих планет, а также обнаружение в 2017 году 1I/Оумуамуа, первого межзвездного объекта, замеченного в нашей Солнечной системе, подтверждает хаотичную теорию формирования планет. Этот объект, вероятно, представляет собой фрагмент, выброшенный из другой звездной системы, своего рода уменьшенную версию странствующей планеты. Это открытие заставляет предположить, что во Вселенной может существовать множество подобных свободно плавающих объектов, и их количество может значительно превышать количество планет, привязанных к звездам.

Наблюдение за такими планетами требует использования передовых технологий. Единственный способ обнаружить их — это наблюдение за гравитационным микролинзированием, которое позволяет «почувствовать» присутствие планеты по тому, как она искажает свет более далеких звезд. В этом процессе огромную роль играет усовершенствование технологий, таких как CCD-детекторы, которые позволяют фиксировать слабые изменения в яркости звезд.

Проведение таких наблюдений стало возможным благодаря нескольким крупным проектам, таким как OGLE (Optical Gravitational Lensing Experiment), MOA (Microlensing Observations in Astrophysics) и KMTnet (Korea Microlensing Telescope Network). Эти проекты позволяют наблюдать миллионы звезд одновременно и фиксировать редкие события микролинзирования, которые могут свидетельствовать о прохождении планеты между звездой и наблюдателем.

На горизонте астрономических исследований уже виднеется новый этап — с запуском телескопа Роман и его китайского аналога Earth 2.0 ученые смогут провести первую полную перепись странствующих планет в нашей галактике. Это событие обещает стать важной вехой в истории науки, раскрывая перед нами ранее скрытые тайны Вселенной и позволяя пересмотреть многие устоявшиеся представления о формировании планет.

Так или иначе, грядущие годы обещают быть захватывающими для астрономии. Телескоп Роман предоставит ученым уникальные возможности для изучения не только странствующих планет, но и других таинственных объектов Вселенной.