Загадка «ЮМБО»: телескоп Джеймса Уэбба приблизил нас к разгадке таинственных пар планет-изгоев

Таинственный новый вид небесных объектов, открытый телескопом Джеймса Уэбба, стал ещё на шаг ближе к реальности, сообщается в новом исследовании.

Изучая крупную звёздную колыбель в южном небе, астрономы обнаружили две пары «блуждающих» объектов размером с Юпитер, которые напоминают загадочные парные планеты, ранее найденные телескопом Джеймса Уэбба (JWST). Эти планетарные пары, дрейфующие в космосе, словно не привязанные ни к какой звезде, обитают в другой части Млечного Пути, нежели первые открытия JWST. Это позволяет предположить, что загадочные объекты действительно представляют собой новый класс небесных тел. Однако для подтверждения всё ещё требуются дальнейшие наблюдения.

«Нас всегда завораживала возможность находить разные типы планет», — рассказал Live Science по электронной почте Данте Миннити, профессор астрофизики Университета Андрес Белло в Чили и соавтор нового исследования.

Что такое свободно летящие планеты?

Свободно летящие планеты (FFP) — это «планеты-изгои», не связанные гравитационно ни с какой звездой. Эти необычные объекты в изобилии встречаются в космосе. Обзоры космических телескопов, особенно JWST, выявили сотни таких планет во многих областях звездообразования (туманностях). НАСА оценивает, что одиночных планет-изгоев в Млечном Пути может быть в 20 раз больше, чем звёзд.

В отличие от них, бинарные FFP — состоящие из двух планет-изгоев, вращающихся друг вокруг друга, — встречаются гораздо реже. Особый интерес вызвал один подкласс. Названные Юпитер-массовыми бинарными объектами, или «ЮМБО» (JuMBOs), эти бинарные пары планетеподобных объектов имеют массу от 0,7 до 30 масс Юпитера и находятся на большом расстоянии друг от друга.

Но почему открытие этих пар вызывает такой ажиотаж? Дело в том, что они ломают привычные теории формирования планет. Согласно классическим моделям, планеты рождаются из протопланетных дисков вокруг звёзд, а пары объектов планетарной массы, не привязанные к светилу, не должны были бы существовать в таком виде. Одним из возможных объяснений может быть то, что эти пары когда-то были выброшены из своих родных систем в результате гравитационных возмущений, но при этом сохранили взаимную связь. Альтернативная гипотеза, которую сейчас активно обсуждают, предполагает, что такие объекты формируются непосредственно в молекулярных облаках подобно миниатюрным двойным звёздам — только в гораздо меньшем масштабе. Если это подтвердится, учёным придётся пересмотреть не только механизмы планетообразования, но и само определение планеты.

Тайна гигантского размера

В 2023 году JWST обнаружил около 40 кандидатов в ЮМБО в туманности Ориона — звёздной колыбели в созвездии Ориона. Их открытие вызвало интерес, поскольку такие планетные пары бросали вызов традиционным теориям формирования планет. Однако последующие исследования, в том числе повторный анализ 2024 года, поставили под сомнение их существование, предположив, что многие из предполагаемых планетных пар на самом деле являются далёкими звёздами.

Тем не менее эти события не остановили Миннити в поисках более определённых пар экзопланет и маломассивных космических объектов. Также в его список поиска входили коричневые карлики — «несостоявшиеся звёзды», которые массивнее планет, но недостаточно велики для стабильной термоядерной реакции.

Вместо того чтобы снова изучать туманность Ориона, Миннити и его коллеги обратились к другой звёздной колыбели: ассоциации Нижний Центавр — Южный Крест (LCC). «Она раскинулась на сотни квадратных градусов в южном небе», — рассказал он. Она состоит из более чем 100 молодых массивных голубых звёзд, которые движутся в пространстве вместе, но не связаны гравитацией. Объекты в ассоциации LCC имеют средний возраст около 15 миллионов лет, сообщил Клаудио Касерес, доцент кафедры физических наук Университета Андрес Белло и первый автор нового исследования. Экзопланеты такого возраста всё ещё считаются молодыми, и на более длинных волнах «они ярче своих старших собратьев», — написал он в электронном письме Live Science.

Новый тип объектов?

Сначала Касерес и его соавторы создали огромную базу данных изображений ассоциации LCC, сопоставив два набора данных. Первый состоял из архивных ближних инфракрасных снимков телескопа VISTA в обсерватории Паранал Европейской южной обсерватории (ESO) в Чили. Второй набор включал снимки в видимом свете, собранные обзором Gaia Европейского космического агентства.

Исследователи проанализировали данные в поисках слабых космических объектов, которые могли бы быть планетами. Из примерно 9000 кандидатов с малой массой только около 400 действительно принадлежали к ассоциации LCC, поскольку демонстрировали математически предсказанные модели движения. Миннити рассказал, что команда затем «тщательно изучила каждого кандидата по отдельности, чтобы найти слабых компаньонов, которых можно было бы охарактеризовать».

Их анализ, описанный в исследовании, опубликованном 24 апреля в журнале Astronomy & Astrophysics, выявил 17 бинарных объектов. Только две пары — названные VVVX-FFP-001 и VVVX-FFP-007 — являются парами объектов планетарных размеров, и они имеют несколько общих характеристик с ЮМБО.

Обе содержат по два объекта, каждый из которых имеет массу менее 13 масс Юпитера (примерно 12 и 8 масс Юпитера для VVVX-FFP-001 и VVVX-FFP-007 соответственно). Кроме того, обе пары широко разделены: расстояния между компонентами составляют три и 180 расстояний от Солнца до Нептуна.

Несмотря на эти сходства, Касерес не называет недавно открытые объекты ЮМБО, отмечая, что этот термин ещё не принят в научной литературе. «Лично я предпочитаю термин „свободно летящие бинарные объекты планетарной массы“», — сказал он.

Касерес добавил, что, хотя новые объекты подтверждают существование ЮМБО, они также показывают, что пары FFP редки и составляют всего 2% от всех планет-изгоев в ассоциации LCC. Хотя эта доля намного меньше, чем 9% ЮМБО в туманности Ориона, она согласуется с долей пар «холодных» объектов, таких как коричневые карлики, найденных в других местах. Это говорит о том, что выборка из туманности Ориона действительно могла содержать ложные определения.

Кроме того, Миннити отметил, что некоторые пары FFP могут быть «тесными бинарными системами», вращающимися на малом расстоянии друг от друга. По его словам, такие планеты могут удерживать жидкую воду, потому что гравитационное притяжение их компаньонов разогревает их. Касерес добавил, что это может сделать их пригодными для жизни, «даже если рядом нет звезды… Это очень интересно, потому что такие бинарные планеты могут переносить жизнь в разные области Галактики».

Исследователи планируют продолжить изучение этих объектов с помощью таких инструментов, как Очень большой телескоп ESO. «Эти наблюдения помогут лучше охарактеризовать всю выборку маломассивных бинарных объектов», — заключил Миннити.