Недавно открыли очередную «бродячую планету», то есть планету, путешествующую без привязки к какой-либо звезде. Такие объекты открывают при помощи гравитационного микролинзирования, то есть когда планета проходит как раз почти на луче зрения от дальней фоновой звезды. Обычно при этом нельзя однозначно определить массу и расстояние до планеты, но совпадение нескольких благоприятных обстоятельств наблюдения позволило отдельно измерить эти два параметра.
Из-за особенностей методов обнаружения и исследования одиноких планет мы, как правило, не можем измерить их массу и расстояние. Вернее, можно найти соотношение этих двух характеристик, которому планета удовлетворяет, но по отдельности найти оба параметра нельзя. Чтобы понять, почему так, и что интересного в новом открытии (статья в Science), вспомним, что методы исследования подавляющего большинства открытых экзопланет связаны с изучением их материнских звёзд. Для одиноких планет весь этот инструментарий бесполезен. Кроме того, планеты не излучают собственного света, как звёзды, поэтому они фактически невидимы.
Единственный рабочий способ обнаружения одиноких планет — микролинзирование, то есть гравитационное искривление планетой фонового света. Если луч света от удалённой звезды проходит вблизи такой планеты, его траектория искривляется, и такое искривление можно заметить на земных телескопах при благоприятном расположении планеты и фоновой звезды. В этом случае можно обнаружить кратковременную «вспышку» яркости звезды: планета действует как линза, собирая лучи света от звезды. Это позволяет понять, что «нечто» в этот момент пролетело перед отдалённой звездой. Подробнее про метод можно прочитать в других заметках, например, в этой. Как можно догадаться, эффект гравитационной линзы можно использовать «в две стороны». Обычно массивная линза, например, в виде галактического скопления, позволяет лучше разглядеть какую-нибудь удалённую галактику. В данном же случае мы действуем наоборот — фоновая звезда используется как источник света, и астрономы пытаются определить свойства самой «линзы», то есть одинокой планеты.
Теоретически при этом можно вычислить массу объекта, пролетающего перед звездой. Для этого нужно определить «силу» линзы, то есть степень искривления луча. Это устанавливается по увеличению наблюдаемой яркости в момент прохождения — чем больше масса, тем больше света собирается от разных лучей на приёмнике. Но для этого нужно знать расстояние до неё, что, конечно, нельзя определить почти никогда. Астрономы сталкиваются с так называемой дегенерацией массы-расстояния: разные комбинации этих двух параметров могут приводить к одному и тому же виду световой кривой микролинзирования. Нужно бы измерить одну из этих характеристик (массу бродячей планеты или расстояние до неё) независимым методом. Обычно, чтобы подсчитать хоть что-то, говорят о приблизительном предполагаемом разбросе массы с учётом того, что это всё же планета, и отсюда извлекают суждения о том, как далеко от нас эта планета летит в космическом пространстве.
В данном случае эффект микролинзирования на бродячей планете наблюдался на нескольких земных телескопах, а также на космической обсерватории Gaia. После обнаружения планета получила два обозначения от двух исследовательских проектов: KMT-2024-BLG-0792 и OGLE-2024-BLG-0516. Время оказалось настолько удачным, что Gaia находилась в идеальном положении для наблюдения на орбите. Это позволило измерить расстояние до планеты. Легко догадаться, что при этом использовался параллакс: Gaia и земная обсерватория наблюдают объект с разнесённых пространственно точек, и поэтому поступивший сигнал там и там имеет небольшую разницу во времени, что и позволило по параллактическому смещению вычислить расстояние. «Событие микролинзирования» по удачному стечению обстоятельств оказалось на небесной сфере почти перпендикулярным к направлению оси прецессии Gaia. Эта геометрия привела к тому, что Gaia наблюдала событие шесть раз на протяжении 16 часов начиная от пика яркости.
Science 391, 96 (2026).
Итак, определив расстояние, вычислили массу, которая оказалась примерно 22 % массы Юпитера, или чуть меньше Сатурна. Планета находится на расстоянии около 3000 парсек (немного меньше 10 000 световых лет). Спектральный анализ показывает, что фоновая звезда, обеспечившая подсветку, была красным гигантом.
Ранее открытые бродячие планеты обычно считались по массе меньшими Юпитера. Это может свидетельствовать о том, что объекты образовались в протопланетной оболочке, из которой позже были выброшены. Также находили и тела более крупные, тоже свободно плавающие в космосе. Но скорее всего, это уже класс коричневых карликов — таких себе «неудавшихся звёзд»: они слишком массивные для планет, но всё же недостаточно массивные для превращения в звезду, то есть инициации термоядерных реакций.