Нові прогнози свідчать про те, що майбутній космічний телескоп NASA зможе помітити понад 400 світів маси Землі, прихованих по всьому Чумацькому Шляху, які «збулися» і тому блукають по нашій галактиці.
Вважається, що такі світи-сироти починають своє життя в планетарній системі, схожій на Сонячну систему, але в якийсь момент їх викидає невідомий досі механізм. Незважаючи на звичну картину планет, які чітко обертаються навколо зірки, нові дослідження показують, що таких осиротілих беззіркових світів може перевищувати кількість зірок у Чумацькому Шляху у співвідношенні 20 до 1. Це означає, що неприв’язані світи в нашій галактиці приблизно в шість разів більш поширені, ніж планети, що обертаються навколо батьківських зірок.
«За нашими оцінками, у нашій галактиці в 20 разів більше планет-шахраїв, ніж зірок, — трильйони світів, які блукають поодинці», — сказав у заяві автор дослідження та старший науковий співробітник NASA Девід Беннетт. «Це перше вимірювання кількості планет-ізгоїв у галактиці, яке чутливе до планет, менших за масивність Землі».
Як правило, планети за межами нашої Сонячної системи, відомі як екзопланети виявляються за впливом, який вони справляють на зірки-господарі. Наприклад, екзопланета може змусити земних глядачів спостерігати зменшення світла її зірки, коли траєкторія планети проходить між зіркою та нашою планетою. Або екзопланета може впливати на таке світло через коливання, яке вона створює на орбіті своєї зірки-господаря, гравітаційно тягнучи сяюче тіло. Але той факт, що планети-шахраї знаходяться так далеко від зірок-господарів, робить їх важко помітити.
Одна з головних цілей римського телескопа NASA Nancy Grace, коли космічний інструмент стане доступним, — виявити цих шахраїв. Попередні оцінки припускали, що Роман, який буде запущений у травні 2027 року, зможе помітити близько 50 планет-ізгоїв розміром із Землю, але нові відкриття підвищили цю кількість. Натомість вони означають цифру, ближчу до 400. Насправді, ті самі астрономи, які стоять за відкриттями, вже визначили планету-шахрая розміром із Землю, кандидата на дослідження Романа.
Беннетт і його колеги дійшли висновків на основі даних, зібраних під час дев’ятирічного астрономічного дослідження під назвою «Спостереження мікролінз в астрофізиці» (MOA). Проводившись в обсерваторії університету Маунт-Джон у Новій Зеландії, MOA шукала об’єкти за допомогою явища, яке вперше було передбачено загальною теорією відносності Ейнштейна під назвою гравітаційне лінзування — те, що Роман також використовуватиме для полювання на шахраїв.
Дві статті з описом останніх знахідок команди будуть опубліковані в майбутньому випуску The Astronomical Journal.
Полювання на світи-ізгої за допомогою Ейнштейна
Загальна теорія відносності Ейнштейна 1915 року передбачає, що об’єкти з масами «деформують» саму тканину космосу. Хоча це викривлення працює в трьох вимірах (чотирьох, якщо взяти до уваги час), його можна розглядати як аналог 2D-ефекту розміщення куль різної маси на натягнутому гумовому листі. Чим більша маса кульки, тим глибша вм’ятина на листі. Аналогічно, чим масивніший космічний об’єкт, тим сильніше викривлення простору.
Крім того, коли дуже масивний об’єкт викривляє простір, це також може впливати на світло, що випромінюється від інших об’єктів, розташованих на задньому плані, змушуючи таке свічення викривлятися, коли воно проходить повз космічний відбиток оригінального об’єкта. Зрештою, це може створити ефект збільшення фонового об’єкта, що призведе до явища гравітаційного лінзування.
Мікролінзи — це різновид цієї концепції, яка виникає, коли менший об’єкт, як-от планета чи зірка, прослизає між Землею та фоновим джерелом світла, як-от зірка чи галактика, і майже ідеально вирівнюється з ними. Це змушує наземні машини виявляти сплеск яскравості фонового об’єкта, але не такий екстремальний, як ефекти гравітаційних лінз. Тим не менш, мікролінзи корисні для виявлення планет-шахраїв та інших невеликих об’єктів, які не випромінюють світло і тому майже повністю темні.
«Мікролінзи — це єдиний спосіб знайти такі об’єкти, як вільно плаваючі планети з малою масою і навіть первісні чорні діри», — сказав автор дослідження та професор Осакського університету Такахіро Сумі. «Дуже захоплююче використовувати силу тяжіння для виявлення об’єктів, які ми ніколи не сподівалися побачити безпосередньо».
Знайти землеподібного ізгоя та механізм катапультування
З моменту відкриття першої екзопланети навколо сонцеподібної зірки в 1995 році каталог екзопланет виріс і містить понад 5000 цих інтригуючих об’єктів. Більшість цих планет, однак, є гігантськими світами, які обертаються близько до своєї головної зірки.
Крім того, нещодавно знайдена планета-ізгой розміром із Землю — це лише другий випадок, коли такий світ було знайдено за допомогою мікролінзування. Команда, яка стоїть за відкриттям, припускає, що це означає, що шахрайські світи зазвичай є меншими планетами з розмірами, подібними до Землі або меншими за неї.
«Ми виявили, що шахраї розміром із Землю зустрічаються частіше, ніж більш масивні», — сказав Сумі. «Різниця в середній масі планет, пов’язаних із зірками, і вільно плаваючих планет є ключем до розуміння механізмів формування планет».
Хаотичний характер формування планет може пояснити, як ізгої взагалі блукають галактикою наодинці. Менш масивні планети мають слабший гравітаційний вплив на зірки-господарі, що означає, що взаємодії в системі, що формується, легше відкинути їх, залишивши блукати космосом наодинці.
Ненсі Грейс Роман приєднується до полювання на ізгоїв
Хоча події мікролінзування корисні для виявлення планет-шахраїв, спостерігати за цими подіями у величезному просторі все одно все одно, що спостерігати планетарну голку в космічному стозі сіна. А події мікролінзування, викликані окремими планетами, неймовірно рідкісні.
Ця проблема ускладнюється тим фактом, що події лінзування, на відміну від регулярного проходження планети через обличчя її зірки або періодичних коливань, викликаних планетою, що обертається, є одноразовою угодою. Коли ці планети перетинають фонову зірку, вони більше ніколи не повертаються в ту саму область космосу.
Ось тут і з’являється Римський телескоп Ненсі Грейс.
Завдяки надзвичайно широкому полю зору інфрачервоний космічний телескоп міг би закинути ширшу сітку, щоб накрутити шахраїв. І він матиме бачення, необхідне для того, щоб побачити планети-сироти розміром із Землю.
«Роман буде чутливий навіть до менш масових планет-ізгоїв, оскільки він спостерігатиме з космосу», — сказав автор дослідження та доцент Університету Осаки Наокі Косімото. «Поєднання широкого огляду та гострого зору Романа дозволить нам вивчати об’єкти, які він знаходить, більш детально, ніж ми можемо це зробити, використовуючи лише наземні телескопи, що є захоплюючою перспективою».
Дані Романа будуть об’єднані зі спостереженнями японського 1,8-метрового телескопа Prime-focus Infrared Microlensing Experiment (PRIME), розташованого в південноафриканській астрономічній обсерваторії в Сазерленді.
«Сигнал мікролінзування від планети-шахрая може зайняти від кількох годин до приблизно доби, тому астрономи матимуть можливість проводити одночасні спостереження з Roman і PRIME», — сказав Косімото.
Ця комбінація даних також має дозволити астрономам точніше вимірювати маси блукаючих планет-сиріт, таким чином допомагаючи їм краще визначити, що змусило їх стати шахраями. Джерело
