Хаббл знайшов дивну екзопланету з далеко витягнутою орбітою

Планета з малоймовірною орбітою навколо подвійної зірки, віддаленої на 336 світлових років, може запропонувати підказку до розгадки таємниці, набагато ближчої до нас: гіпотетичне, віддалене тіло у Сонячній системі, прозване "Дев′ятою планетою".

Про відкриття розповідають в НАСА.

Це перший випадок, коли астрономам вдалося виміряти рух масивної юпітеро-подібної планети, яка знаходиться на дуже далекій орбіті від своїх зірок-господарів та видимого сміттєвого диска. Цей диск схожий на наш Пояс Койпера з маленьких крижаних тіл за межами Нептуна. У нашій Сонячній системі ймовірна Дев'ята планета також знаходилася б далеко за межами Поясу Койпера на подібній дивній орбіті. Хоча пошуки Дев'ятої планети тривають, це відкриття екзопланети свідчить, що такі дивні орбіти можливі.

"Ця система окреслює потенційно унікальне порівняння з нашою Сонячною системою", - пояснює провідний автор наукової статті Мейдзі Нгуєн з Каліфорнійського університету в Берклі. "Вона дуже задалеко відокремлена від своїх зірок-господарів на ексцентричній і сильно не вирівняній орбіті, просто як із передбаченням для Дев'ятої планети. Тут виникає питання про те, як ці планети сформувались і еволюціонували, щоб опинитися в своїй нинішній конфігурації".

Системі, в якій мешкає цей газовий гігант, лише 15 мільйонів років. Це пропонує припущення, що наша Дев’ята планета — якщо вона існує — могла б сформуватися на дуже ранній стадії еволюції нашої Сонячної системи, вік якої 4,6 мільярда років.

Екстремальна орбіта

Масою в 11 Юпітерів, екзопланета під назвою HD 106906 b була виявлена у 2013 році за допомогою Телескопів Магеллана в Обсерваторії Лас-Кампанас в чилійській пустелі Атакама. Однак, астрономи нічого не знали про орбіту планети. Це вимагало чогось, що міг зробити лише Космічний телескоп Хаббла: зібрати надзвичайно точні вимірювання руху бродяги протягом 14 років. Команда використовувала дані з архіву Хаббла, які надали докази цього руху.

Екзопланета знаходиться надзвичайно далеко від пари своїх яскравих та молодих зірок-господарів — на відстані, що в 730 разів перевищує відстань Землі від Сонця, або майже 10,9 мільярдів кілометрів. Це широке розділення зробило надзвичайно складним визначення орбіти, довжиною 15000 років, за такий відносно короткий проміжок часу спостережень Хаббла. Планета повзає дуже повільно по своїй орбіті, враховуючи слабке гравітаційне тяжіння її дуже віддалених батьківських зірок.

Команда "Хаббла" з подивом виявила, що віддалений світ має екстремальну орбіту, яка дуже не вирівняна, витягнута та знаходиться ззовні сміттєвого диска, що оточує зірки-близнюки екзопланети. Сам сміттєвий диск виглядає дуже незвично, можливо, завдяки гравітаційному перетягуванню заблудлої планети.

/ Показано, як екзопланета HD 106906 b могла еволюціонувати з часом, зробивши вихід на свою нинішню, широко відокремлену, ексцентричну та сильно не вирівняну орбіту. /

Як вона туди потрапила?

То як же екзопланета потрапила на таку далеку та дивно похилену орбіту? Переважає теорія, згідно з якою вона сформувалася набагато ближче до зірок, приблизно в три рази більше відстані, ніж Земля від Сонця. Але тяга всередині газового диска системи призвела до ослаблення орбіти планети, що змусило її мігрувати всередину у напрямку до своєї зоряної пари. Потім гравітаційні ефекти від кружляючих зірок-близнюків викинули її на ексцентричну орбіту, що ледь не викинуло її із системи в порожнечу міжзоряного простору. Тоді зірка, що проходить поза системою, стабілізувала орбіту екзопланети і не дозволила їй покинути рідну систему.

За допомогою точних вимірювань відстані та руху зі супутника огляду Gaia Європейського космічного агентства в 2019 році члени команди Роберт Де Роза з Європейської південної обсерваторії в Сантьяго, Чилі, і Пол Калас з Каліфорнійського університету визначили кандидатури на прохідних зірок.

Безладний диск

У дослідженні, опублікованому у 2015 році, Калас очолив групу, яка знайшла непрямі докази поведінки планети-втікача: сміттєвий диск системи сильно асиметричний, а не з круговим розподілом матеріалу як у "цілої піци". Одна сторона диска усічена відносно протилежної сторони, і вона також порушена вертикально, а не обмежується вузькою площиною, як це видно на протилежній стороні зірок.

"Ідея полягає в тому, що кожного разу, коли планета найближче підходить до бінарної зірки, вона збуджує матеріал на диску", - пояснює Де Роза. "Отже, кожен раз, коли планета наближається, вона усікає диск і виштовхує його з одного боку. Цей сценарій був протестований за допомогою моделювання цієї системи з планетою на подібній орбіті — це було до того, як ми дізналися, якою була орбіта планети".

"Це все одно, що приїхати на місце автокатастрофи, і ти намагаєшся реконструювати те, що сталося", - пояснив Калас. "Чи це прохідні зірки, які збурили планету, потім планета збурила диск? Чи це бінар посередині, який спочатку збурив планету, а потім збурив диск? Або прохідні зірки порушили і планету, і диск одночасно? Це детективна робота з астрономії зі збиранням доказів, які нам потрібні, щоб видумати кілька правдоподібних сюжетів про те, що тут сталося".

/ На цьому знімку Космічного телескопа Хаббла показано одну можливу орбіту (пунктирний еліпс) екзопланети HD 106906 b. /

Повірений Дев'ятої планети?

Цей сценарій для химерної орбіти HD 106906 b в чомусь схожий на той, у результаті якого, можливо, гіпотетична Дев'ята планета опинилася у віддаленій частині нашої власної Сонячної системи, далеко за орбітою інших планет і за Поясом Койпера. Дев'ята планета могла сформуватися у внутрішній Сонячній системі і бути витісненою в результаті взаємодії з Юпітером. Однак, Юпітер — горезвісна 360-кілограмова горила в нашій Сонячній системі — мабуть, відкинув Дев'яту планету далеко за межі Плутона. Прохідні зірки могли стабілізувати орбіту вигнаної планети, відсунувши шлях орбіти від Юпітера та інших планет у внутрішній Сонячній системі.

"Це так, ніби у нас є машина часу для нашої власної планетарної системи з подорожжю на 4,6 мільярдів років назад, щоб побачити, що могло статися, коли наша молода Сонячна система була динамічно активною, і все штовхалося навколо і переставлялося", - сказав Калас.

На сьогодні астрономи мають лише побічні докази існування Дев'ятої планети. Вони виявили скупчення невеликих небесних тіл за межами Нептуна, які рухаються по незвичних орбітах у порівнянні з рештою Сонячної системи. Деякі астрономи кажуть, що ця конфігурація припускає, що ці об’єкти були об’єднані гравітаційним тяжінням величезної, невидимої планети. Альтернативна теорія пропонує, що не існує жодної гігантської збурюючої планети, але натомість дисбаланс обумовлений поєднаним гравітаційним впливом багатьох, значно менших об’єктів. Інша теорія полягає в тому, що Дев'ята планета взагалі не існує, а скупчення менших тіл може бути просто статистичною аномалією.

Ціль для Телескопа Вебба

Вчені, які використовуватимуть прийдешній Космічний телескоп Джеймса Вебба від НАСА, планують отримати дані з HD 106906 b, щоб детально вивчити планету. "Одне запитання, який ви можете задати: чи має планета власну систему із сміття навколо себе, і чи захоплює вона матеріал кожного разу, коли  наближається до зірок-господарів? І ви зможете виміряти це за допомогою теплових інфрачервоних даних від Вебба", -  сказала Де Роза. "Крім того, з точки зору допомоги у розумінні орбіти, я думаю, Вебб був би корисним для підтвердження нашого результату".

Оскільки Вебб чутливий до менших, із масою Сатурна планет, він може виявити інші екзопланети, викинуті з цієї та інших внутрішніх планетних систем. "За допомогою Вебба ми зможемо почати пошук планет, які є і трохи старшими, і дещо тьмянішими", - пояснив Нгуєн. Унікальна чутливість та можливості Вебба з візуалізації відкриють нові можливості для виявлення та вивчення цих нешаблонних планет і систем.

Результати роботи вчених опубліковані у виданні "The Astronomical Journal" від 10 грудня 2020 року.

Читайте ще цікаві новини про космос.