Открыта самая маленькая одинокая планета

+7 926 604 54 63 address
 Один из телескопов для поиска гравитационных линз (KMTNet).
Один из телескопов для поиска гравитационных линз (KMTNet).

В Галактике существует множество планет, не имеющих своих звёзд, или планет-странников. Поскольку они не излучают света и не взаимодействуют со звёздами, обнаружить их гораздо сложнее, чем экзопланеты в звёздных системах. Такие объекты находят по гравитационному искривлению луча света от удалённых источников. В рамках долговременного проекта обзора неба и поиска гравитационных линз OGLE недавно открыта самая маленькая планета без своей звезды — размером с Землю.

Одинокие планеты (rogue planets), называемые также планетами-странниками, или планемо — это небесные тела планетарных размеров, гравитационно не связанные ни с одной звездой. На фоне открытия более чем 4 тысяч экзопланет за последние 25 лет, начиная с первых таких открытий в начале 1990-х годов, одинокие планеты выглядят пока что экзотическими объектами. Почти все известные экзопланеты обращаются вокруг звезды, или даже в системе из нескольких звёзд. Но легко представить, что в космическом пространстве могут существовать объекты, не связанные со звездой, например, в своё время выброшенные из её системы и теперь свободно путешествующие. Такие межзвёздные объекты могут даже залетать в Солнечную систему и быть размером с астероид или комету. В настоящее время уже открыто два межзвёздных астероида, посетивших Солнечную систему.

В отличие от экзопланет, такие объекты («межзвёздные» астероиды или даже планеты), если они не находятся в непосредственной близости от нас, практически нереально обнаружить. Большинство экзопланет открывают по косвенным признакам, наблюдая за возмущениями движения или светимости их родной звезды. Поэтому, даже если одиноких планет в Галактике и изрядное количество, за неимением рядом с ними звезды обнаруживают их пока поштучно и практически случайно.

smiling gravitational lens
Искажение фонового объекта гравитационной линзой (группа галактик «Чеширский кот»).

Пока что единственный способ обнаружения таких объектов — гравитационное микролинзирование. Этот метод использует искривление луча света от удалённого объекта (фоновой звезды) в гравитационном поле такого небесного тела. Одинокая планета, на короткое время пересекая линию зрения от удалённого объекта к нам, «притягивает» к себе свет звезды и собирает его, действуя как линза — видимая яркость фоновой звезды при этом усиливается. Этот метод чаще используется для исследования более массивных объектов — вплоть до удалённых галактик. Гравитационное искривление в поле объекта планетарной массы слишком мало, и в этом случае говорят о микролинзировании. Более подробно об этом методе написано в статье на нашем портале об открытии очередной экзопланеты в «необычном» месте — в стороне, противоположной центру Галактики, где звёзд меньше и событие микролинзирования — редкая удача.

Проекты систематического обзора неба для поиска гравитационных микролинз предполагают мониторинг сотен миллионов звёзд в сторону центра Млечного Пути, где шансы обнаружения таких событий выше. Обзор OGLE (Optical Gravitational Lensing Experiment) — один из крупнейших таких проектов, запущенный 28 лет назад. Наблюдения выполняются на 1,3-метровом телескопе Варшавского университета, расположенном в обсерватории Las Campanas в Чили. В рамках обзора исследуют объекты переменной яркости, и кроме гравитационных линз в поле зрения попадают разные объекты — экзопланеты, квазары, тела Солнечной системы, переменные звёзды и пр. Недавний результат исследований, например — каталог переменных звёзд особого класса, или цефеид, по которым удалось составить детальную карту Млечного Пути (см. об этом отдельную статью по ссылке). Напомним, что центр Нашей Галактики на небесной сфере находится в южном небе, в созвездии Стрельца, и его удобнее наблюдать из обсерваторий, расположенных в южном полушарии — поэтому многие результаты по исследованию структуры Галактики (включая изучение области вблизи чёрной дыры в её центре) связаны именно с телескопами, расположенными в высокогорной пустыне в Чили.

microlensing event
Одинокая планета как гравитационная линза (схематический рисунок). Jan Skowron / Astronomical Observatory, University of Warsaw.

Астрономы Варшавского университета в рамках проекта OGLE объявили об обнаружении небольшой планеты по одному из недавних событий микролинзирования. Событие с обозначением OGLE-2016-BLG-1928 — самое короткое из наблюдавшихся, длившееся 42 минуты. Статья об открытии вышла 29 октября 2020 года в The Astrophysical Journal Letters (доступна и как препринт на arXiv.org; см. также пресс-релиз OGLE). Модели этого события указывают на небесное тело, менее массивное, чем Земля — вероятно, это объект с массой примерно как у Марса. Кроме того, особенности световой кривой позволяют заключить, что это скорее всего — одинокая планета. Если бы «микролинза» обращалась вокруг звезды, это бы можно было обнаружить по световой кривой. На практике такие случаи разделяют, подгоняя к реальной световой кривой модель с одной линзой и двухлинзовую модель (в предположении планеты и находящейся поблизости звезды). При этом наличие «родительской» звезды удалось исключить на расстояниях как минимум 8 астрономических единиц (чуть меньше, чем расстояние Сатурна до Солнца). Из-за короткой длительности события для надёжного описания объекта потребовался анализ независимых наблюдений этого участка в аналогичном корейском проекте исследования гравитационного линзирования KMTNet.

microlensing event light curve
Световая кривая события микролинзирования. Mroz et al., ApJL 903 L11 (2020).

В отличие от экзопланет в звёздных системах, расстояние до объекта — одинокой планеты — неизвестно даже примерно. Астрономы здесь могут оперировать только угловыми размерами — точно так же, как они не имели понятия о расстояниях до звёзд (и даже до Солнца) до начала точных инструментальных наблюдений с измерением параллакса. В данном случае источником «подсветки» предполагается звезда в галактическом «балдже», свойства и расстояние до которой поэтому примерно известны. Но у новонайденной планеты наблюдения позволяют установить только её угловой радиус Эйнштейна — характеристику, определяющую «силу» этой гравитационной линзы (около 1 микросекунды дуги; «сила» гравитационного линзирования от звёзд обычно на порядки больше и измеряется миллисекундами). Она связывает две неизвестные величины — массу планеты и расстояние до неё, но второго независимого соотношения для определения их по-отдельности нет. Согласно современным представлениям об образовании планет, типичные одинокие планеты, выброшенные из своих звёздных систем, должны иметь массы от 0,3 до одной массы Земли. Исследование относительного движения указывает на то, что планета скорее всего находится в галактическом диске (а не в центральном балдже), и эта очень грубая оценка расстояния указывает, что объект обладает массой, несколько меньшей, чем Земля.

В рамках проекта OGLE несколько лет назад удалось найти первые свидетельства наличия ощутимого количества одиноких планет в нашей Галактике. Новая найденная планета — самая маленькая из таких обнаруженных объектов. Открытие интересно ещё и тем, что оно показывает возможности метода гравитационного микролинзирования для исследования таких небесных тел даже с использованием наземных телескопов. Поиск одиноких планет будет одной из приоритетных задач будущего инфракрасного космического телескопа NASA Nancy Grace Roman Space Telescope, или RST. Предполагается, что он начнёт работу в середине 2020-х годов.

Событие микролинзирования при пересечении одинокой планетой луча света от фоновой звезды.

.
Комментарии