Планета, находящаяся на маловероятной орбите вокруг двойной звезды в 336 световых годах от нас, может дать ключ к разгадке тайны, находящейся гораздо ближе к дому: гипотетического далекого тела в нашей солнечной системе, получившего название «Планета Девять».
Это первый раз, когда астрономы смогли измерить движение массивной планеты, похожей на Юпитер, которая вращается очень далеко от своих звезд и видимого диска обломков. Этот диск похож на наш пояс Койпера из небольших ледяных тел за Нептуном. В нашей солнечной системе предполагаемая Девятая планета также будет находиться далеко за пределами пояса Койпера на столь же странной орбите. Хотя поиск Девятой Планеты продолжается, это открытие экзопланеты является доказательством того, что такие странные орбиты возможны.
«Эта система позволяет провести потенциально уникальное сравнение с нашей Солнечной системой, – пояснил ведущий автор статьи Мэйдзи Нгуен из Калифорнийского университета в Беркли. – Она очень далеко отделена от своих звезд на эксцентричной и сильно смещенной орбите, как и предсказывается для Девятой Планеты. Это вызывает вопрос о том, как эти планеты сформировались и эволюционировали, чтобы в конечном итоге принять их нынешнюю конфигурацию».
Системе, в которой обитает этот газовый гигант, всего 15 миллионов лет. Это говорит о том, что наша Планета Девять – если она существует – могла образоваться очень рано в эволюции нашей Солнечной системы возрастом 4,6 миллиарда лет.
Экстремальная орбита
Экзопланета массой 11 юпитеров под названием HD 106906 b была открыта в 2013 году телескопами Магеллана в обсерватории Лас Кампанас в пустыне Атакама в Чили. Однако астрономы ничего не знали об орбите планеты. Для этого требовалось то, что мог сделать только космический телескоп Хаббла: собрать очень точные измерения движения бродяги за 14 лет с необычайной точностью. Команда использовала данные из архива Хаббла, которые предоставили доказательства этого движения.
Экзопланета находится чрезвычайно далеко от пары ярких молодых звезд, на которой она находится – более чем в 730 раз больше Земли от Солнца, или почти 109 миллиардов километров. Такое большое расстояние сделало чрезвычайно трудным определение орбиты продолжительностью 15 тысяч лет за такой относительно короткий промежуток времени наблюдений Хаббла. Планета очень медленно движется по своей орбите, учитывая слабое гравитационное притяжение ее очень далеких родительских звезд.
Команда Хаббла была удивлена, обнаружив, что удаленный мир имеет экстремальную орбиту, которая очень смещена, удлинена и находится вне диска обломков, который окружает двойные звезды-хозяева экзопланеты. Сам диск обломков выглядит очень необычно, возможно, из-за гравитационного рывка заблудшей планеты.
Как она туда попала?
Так как же экзопланета оказалась на такой далекой и странно наклонной орбите? Преобладающая теория гласит, что она образовалась намного ближе к своим звездам, примерно в три раза дальше, чем Земля от Солнца. Но сопротивление внутри газового диска системы привело к распаду орбиты планеты, вынудив ее мигрировать внутрь, к своей звездной паре. Гравитационные эффекты от вращающихся звезд-близнецов затем выбросили ее на эксцентрическую орбиту, которая почти выбросила ее из системы в пустоту межзвездного пространства. Затем проходящая звезда извне системы стабилизировала орбиту экзопланеты и не позволила ей покинуть свою домашнюю систему.
Используя точные измерения расстояния и движения со спутника Gaia Европейского космического агентства, в 2019 году члены команды Роберт Де Роса из Европейской южной обсерватории в Сантьяго, Чили, и Пол Калас из Калифорнийского университета идентифицировали проходящие звезды-кандидаты.
Грязный диск
В исследовании, опубликованном в 2015 году, Калас возглавил команду, которая нашла косвенные доказательства поведения убегающей планеты: диск мусора системы сильно асимметричен, а не представляет собой круговое распределение материала «пицца-пирог». Одна сторона диска усечена относительно противоположной стороны, и она также искажена по вертикали, а не ограничена узкой плоскостью, как это видно на противоположной стороне звезд.
«Идея состоит в том, что каждый раз, когда планета приближается к двойной звезде, она перемешивает вещество в диске, – объясняет Де Роса. – Таким образом, каждый раз, когда планета проходит, она обрезает диск и подталкивает его вверх с одной стороны. Этот сценарий был проверен на моделировании этой системы с планетой на аналогичной орбите – это было до того, как мы узнали, какая была орбита планеты”.
«Это как прибыть на место автомобильной аварии и попытаться восстановить то, что произошло, – говорит Калас. – Неужели проходящие звезды возмущали планету, а затем планета возмущала диск? Это двойная система в середине сначала возмущала планету, а затем – диск? Или же проходящие звезды возмущали планету и диск одновременно? Это детективная работа по астрономии, собирающая доказательства, которые нам нужны, чтобы придумать правдоподобные сюжетные линии о том, что здесь произошло».
Прокси-сервер Девятой планеты?
Этот сценарий странной орбиты HD 106906 b в некотором смысле похож на то, что могло привести к тому, что гипотетическая Девятая Планета оказалась во внешних пределах нашей солнечной системы, далеко за орбитами других планет и за поясом Койпера. Девятая планета могла образоваться во внутренней части Солнечной системы и быть выброшена из нее в результате взаимодействия с Юпитером. Однако Юпитер весьма вероятно выбросил бы Девятую планету далеко за пределы Плутона. Проходящие звезды могли стабилизировать орбиту вылетевшей планеты, отодвинув траекторию орбиты от Юпитера и других планет внутренней солнечной системы.
«Это как если бы у нас есть машина времени для нашей собственной планетной системы, уходящей в прошлое на 4,6 миллиарда лет, чтобы увидеть, что могло произойти, когда наша молодая солнечная система была динамически активна, и все было перемещено и переставлено», – сказал Калас.
На сегодняшний день астрономы имеют лишь косвенные доказательства существования Девятой планеты. Они обнаружили скопление небольших небесных тел за Нептуном, которые движутся по необычным орбитам по сравнению с остальной частью Солнечной системы. Эта конфигурация, как говорят некоторые астрономы, предполагает, что эти объекты были объединены гравитационным притяжением огромной невидимой планеты. Альтернативная теория состоит в том, что нет одной гигантской возмущающей планеты, а дисбаланс возникает из-за комбинированного гравитационного влияния множества гораздо меньших объектов. Другая теория состоит в том, что Девятой Планеты не существует вообще, а скопление более мелких тел может быть просто статистической аномалией.
Мишень для телескопа Уэбба
Ученые планируют получить данные, используя будущий космический телескоп НАСА Джеймса Уэбба, о HD 106906 b, чтобы детально изучить планету.
«Один вопрос, который вы могли бы задать: есть ли вокруг планеты собственная система мусора? Улавливает ли она материал каждый раз, когда приближается к звездам-хозяевам? И вы могли бы измерить это с помощью тепловых инфракрасных данных от Уэбба, – отметил Де Роса. – Также, с точки зрения помощи в понимании орбиты, я думаю, что Уэбб был бы полезен для подтверждения нашего результата».
Поскольку Уэбб чувствителен к меньшим планетам с массой Сатурна, он может обнаружить другие экзопланеты, которые были выброшены из этой и других внутренних планетных систем.
«С помощью Уэбба мы можем начать искать планеты, которые и немного старше, и немного слабее», – объяснил Нгуен.
Уникальная чувствительность и возможности создания изображений Webb откроют новые возможности для обнаружения и изучения этих нетрадиционных планет и систем.
Выводы команды опубликованы в 10 декабря 2020 года в The Astronomical Journal.
