Планета, находящаяся на маловероятной орбите вокруг двойной звезды на расстоянии 336 световых лет, может дать ключ к разгадке тайны гораздо ближе к дому: гипотетическое, удаленное тело в нашей Солнечной системе, получившее название "Планета Девять"."

Это первый случай, когда астрономы смогли измерить движение массивной планеты, похожей на Юпитер, которая вращается очень далеко от своих звезд-хозяев и видимого диска обломков. Этот диск похож на наш пояс Койпера с маленькими ледяными телами за Нептуном. В нашей Солнечной системе предполагаемая Девятая планета также находится далеко за пределами пояса Койпера на столь же странной орбите. Хотя поиски девятой планеты продолжаются, Это открытие экзопланеты является доказательством того, что такие странные орбиты возможны.

"Эта система рисует потенциально уникальное сравнение с нашей Солнечной системой", - объяснил ведущий автор статьи Мэйдзи Нгуен из Калифорнийского университета в Беркли. - Он очень далеко отделен от своих звезд-хозяев на эксцентричной и сильно смещенной орбите, как и предсказание для Планеты Девять. Отсюда возникает вопрос о том, как эти планеты образовались и эволюционировали, чтобы в конечном итоге оказаться в их нынешней конфигурации."

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, возраст которой составляет 4,6 миллиарда лет.

Экстремальная орбита

Экзопланета массой 11 Юпитеров под названием HD 106906 b была обнаружена в 2013 году с помощью Магеллановых телескопов 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—более чем в 730 раз дальше Земли от Солнца, или почти в 6,8 миллиарда миль. Это широкое разделение сделало чрезвычайно сложным определение орбиты длиной в 15 000 лет за такой относительно короткий промежуток времени наблюдений Хаббла. Планета очень медленно ползет по своей орбите, учитывая слабое гравитационное притяжение ее очень далеких родительских звезд.

Команда Хаббла была удивлена, обнаружив, что удаленная планета имеет экстремальную орбиту, которая очень смещена, вытянута и находится вне диска обломков, который окружает звезды-Близнецы экзопланеты. Сам диск обломков выглядит очень необычно, возможно, из-за гравитационного притяжения своенравной планеты.

Как он туда попал?

Так как же экзопланета оказалась на такой далекой и странно наклоненной орбите? Преобладающая теория состоит в том, что он сформировался гораздо ближе к своим звездам, примерно в три раза дальше, чем Земля от Солнца. Но сопротивление внутри газового диска системы заставило орбиту планеты распадаться, заставляя ее мигрировать внутрь к своей звездной паре. Гравитационные эффекты от вращающихся двойных звезд выбили его на эксцентрическую орбиту, которая почти выбросила его из системы в пустоту межзвездного пространства. Затем проходящая звезда из-за пределов системы стабилизировала орбиту экзопланеты и не позволила ей покинуть свою родную систему.

Используя точные измерения расстояния и движения со спутника Gaia survey Европейского космического агентства, в 2019 году члены команды Роберта Де росы из Европейской южной обсерватории в Сантьяго (Чили) и пола Каласа из Калифорнийского университета идентифицировали проходящие звезды-кандидаты.

Грязный диск

В исследовании, опубликованном в 2015 году, Калас возглавил команду, которая нашла косвенные доказательства поведения сбежавшей планеты: диск обломков системы сильно асимметричен, а не является круговым распределением материала "пицца-Пирог". Одна сторона диска усечена относительно противоположной стороны, и она также нарушена вертикально, а не ограничена узкой плоскостью, как видно на противоположной стороне звезд.

"Идея состоит в том, что каждый раз, когда планета приближается к двойной звезде, она перемешивает материал в диске", - объясняет Де Роса. - Значит, каждый раз, когда планета проходит сквозь него, она усекает диск и толкает его вверх с одной стороны. Этот сценарий был проверен с помощью моделирования этой системы с планетой на аналогичной орбите—это было до того, как мы узнали, что такое орбита планеты."

-Это все равно что приехать на место автокатастрофы и попытаться восстановить то, что произошло, - объяснил Калас. - Это проходящие звезды возмущали планету, а затем планета возмущала диск? Может быть, это двоичный файл в середине, который сначала возмущал планету,а затем диск? Или проходящие мимо звезды мешают и планете, и диску одновременно? Это работа астрономического детектива, собирающего доказательства, которые нам нужны, чтобы придумать какие-то правдоподобные сюжетные линии о том, что здесь произошло."

Доверенное лицо Планеты Девять?

Этот сценарий для причудливой орбиты HD 106906 b в некотором роде похож на то, что могло привести к тому, что гипотетическая Планета Девять оказалась во внешних пределах нашей собственной Солнечной системы, далеко за орбитой других планет и за поясом Койпера. Планета Девять могла образоваться во внутренней части Солнечной системы и быть выброшена взаимодействием с Юпитером. Однако Юпитер-пресловутая 800-килограммовая горилла в нашей Солнечной системе-скорее всего выбросил бы Девятую планету далеко за пределы Плутона. Проходящие мимо звезды, возможно, стабилизировали орбиту выброшенной планеты, оттолкнув ее от Юпитера и других планет внутренней Солнечной системы.

"Это похоже на то, как если бы у нас была машина времени для нашей собственной планетной системы, возвращающаяся на 4,6 миллиарда лет назад, чтобы увидеть, что могло произойти, когда наша молодая Солнечная система была динамично активной, и все было перемешано и перестроено", - сказал Калас.

На сегодняшний день у астрономов есть только косвенные доказательства существования Планеты Девять. Они обнаружили скопление небольших небесных тел за пределами Нептуна, которые движутся по необычным орбитам по сравнению с остальной Солнечной системой. Эта конфигурация, говорят некоторые астрономы, предполагает, что эти объекты были объединены гравитационным притяжением огромной невидимой планеты. Альтернативная теория состоит в том, что существует не одна гигантская возмущающая планета, а вместо этого дисбаланс обусловлен комбинированным гравитационным воздействием множества гораздо меньших объектов. Другая теория состоит в том, что Планета Девять вообще не существует, и скопление меньших тел может быть просто статистической аномалией.

Мишень для телескопа Уэбба

Ученые, использующие предстоящий космический телескоп НАСА имени Джеймса Уэбба, планируют получить данные о HD 106906 b, чтобы понять планету в деталях. - Один вопрос, который вы могли бы задать: есть ли у планеты своя собственная система мусора вокруг нее? Захватывает ли он материал каждый раз, когда приближается к звездам-хозяевам? И вы могли бы измерить это с помощью тепловых инфракрасных данных от Уэбба, - сказал Де Роса. "Кроме того, с точки зрения понимания 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 Уэббом мы можем начать искать планеты, которые одновременно немного старше и немного слабее", - объяснил Нгуен. Уникальная чувствительность и возможности визуализации Вебба откроют новые возможности для обнаружения и изучения этих нетрадиционных планет и систем.

Результаты работы группы опубликованы в выпуске астрономического журнала от 10 декабря 2020 года.

ИСТОЧНИК