Планеты-изгои, или свободно плавающие объекты планетарной массы (FFPMO), представляют собой объекты размером с планету, которые либо сформировались в межзвездном пространстве, либо были частью планетной системы до того, как гравитационные возмущения вытолкнули их оттуда.

С момента их первого наблюдения в 2000 году астрономы обнаружили сотни кандидатов, которые не привязаны ни к одной конкретной звезде и плывут через межзвездную среду (ISM) нашей галактики. Фактически, некоторые ученые подсчитали, что только по Млечному Пути может бродить до 2 триллионов планет-изгоев (или больше).

В недавних новостях группа астрономов, работающих с космическим телескопом Джеймса Уэбба (JWST), объявила об открытии шести кандидатов в планеты-изгои в необычном месте. Планеты, в том числе самая легкая из когда-либо идентифицированных планет-изгоев (с диском обломков вокруг нее), были обнаружены во время самого глубокого исследования Уэббом молодой туманности NGC 1333, звездообразующего скопления, расположенного примерно в тысяче световых лет от нас в созвездии Персея. Эти планеты могут многому научить астрономов о процессе формирования звезд и планет.

Команду возглавил Адам Лангевельд, ассистент научного сотрудника кафедры физики и астрономии Университета Джонса Хопкинса (JHU). Статья, в которой подробно излагаются результаты опроса, была принята к публикации в The Astronomical Journal и в настоящее время доступна на сервере препринтов arXiv.

Большинство из обнаруженных на сегодняшний день планет-изгоев были обнаружены с помощью гравитационного микролинзирования, в то время как другие были обнаружены с помощью прямого изображения. Первый метод основан на «линзовых событиях», когда гравитационная сила массивных объектов изменяет кривизну пространства-времени вокруг них и усиливает свет от более удаленных объектов. Последний заключается в обнаружении коричневых карликов (объектов, которые находятся на грани между планетами и звездами) и массивных планет напрямую путем обнаружения инфракрасного излучения, производимого в их атмосферах.

В своей статье команда описывает, как открытие произошло во время чрезвычайно глубокого спектроскопического обзора NGC1333. Используя данные с ближнего инфракрасного тепловизора и бесщелевого спектрографа Уэбба (NIRISS), команда измерила спектр каждого объекта в наблюдаемой части звездного скопления. Это позволило им повторно проанализировать спектры 19 ранее наблюдавшихся коричневых карликов и привело к открытию нового коричневого карлика с компаньоном планетарной массы.

Это последнее наблюдение было редкой находкой, которая уже бросает вызов теориям о том, как формируются двойные системы. Но настоящим шоком стало обнаружение шести планет с массой от пяти до десяти масс Юпитера (они же супер-Юпитеры).

Это означает, что эти шесть кандидатов входят в число самых маломассивных планет-изгоев, когда-либо обнаруженных, которые образовались в том же процессе, что и коричневые карлики и звезды. Это было целью обзора Deep Spectroscopic Survey for Young Brown Dwarfs and Free-Floating Planets, который должен был исследовать массивные объекты, которые недостаточно велики, чтобы стать звездами.

Тот факт, что наблюдения Уэбба не выявили объектов с массой менее пяти масс Юпитера (для обнаружения которых телескоп достаточно чувствителен), является убедительным доказательством того, что звездные объекты легче, чем , с большей вероятностью образуются так же, как планеты.

Ведущий автор Лангевельд сказал в заявлении, опубликованном новым источником JHU (The Hub):

«Мы исследуем самые границы процесса звездообразования. Если у вас есть объект, похожий на молодой Юпитер, возможно ли, что он мог стать звездой при определенных условиях? Это важный контекст для понимания как звездообразования, так и формирования планет».

Самая интригующая из планет-изгоев была также и самой легкой: ее масса оценивалась в пять масс Юпитера (около 1600 масс Земли). Поскольку пыль и газ обычно образуют диск на ранних стадиях формирования звезд, наличие этого кольца обломков вокруг одной планеты убедительно свидетельствует о том, что она образовалась так же, как и звезды.

Однако планетные системы также формируются из дисков обломков (они же околосолнечные диски), что предполагает, что эти объекты могут образовывать собственные спутники. Это предполагает, что эти массивные планеты могут быть яслями для миниатюрной планетной системы — подобной нашей солнечной системе, но в гораздо меньших масштабах.

Проректор Университета Джонса Хопкинса Рэй Джаявардхана, астрофизик и старший автор исследования (который также возглавляет исследовательскую группу), сказал: «Оказывается, самые маленькие свободно плавающие объекты, которые формируются как звезды, перекрываются по массе с гигантскими экзопланетами, вращающимися вокруг соседних звезд. Вполне вероятно, что такая пара образовалась так же, как это делают двойные звездные системы, из облака, фрагментирующегося по мере сжатия. Разнообразие систем, созданных природой, поразительно и подталкивает нас к уточнению наших моделей формирования звезд и планет…

«Наши наблюдения подтверждают, что природа создает объекты планетарной массы по крайней мере двумя различными способами — путем сжатия облака газа и пыли, как это происходит при формировании звезд, и в виде дисков газа и пыли вокруг молодых звезд, как это произошло с Юпитером в нашей солнечной системе».

В ближайшие месяцы команда планирует использовать Уэбб для проведения дополнительных исследований атмосфер этих планет-изгоев и сравнения их с атмосферами коричневых карликов и газовых гигантов. Они также планируют исследовать область звездообразования на предмет других объектов с дисками из мусора, чтобы исследовать возможность существования мини-планетных систем.

Полученные ими данные также помогут астрономам уточнить оценки числа планет-изгоев в нашей галактике. Новые наблюдения Уэбба показывают, что такие тела составляют около 10% небесных тел в целевом скоплении.

По текущим оценкам, количество звезд в нашей галактике составляет от 100 до 400 миллиардов звезд, а количество планет — от 800 миллиардов до 3,2 триллиона. При 10% это означает, что где-то там плавает от 90 до 360 миллиардов блуждающих миров. Как мы выяснили в предыдущих статьях, мы могли бы когда-нибудь исследовать некоторые из них, и наше солнце может даже захватить несколько.