Ярко осветени планети, обикалящи около пламтящи слънца, с астероиди, разпръснати между тях, и няколко преминаващи комети – това е популярната концепция за това как изглежда нашата галактика. Звездите са главните герои в историята на вселената, а всичко останало е само част от поддържащия актьорски състав. Също така е грешно.
В огромните, тъмни, студени разстояния между звездите има планети, които очевидно са се освободили от гравитацията на своята звезда-домакин или са се задържали като звезди кафяви джуджета, след като са се провалили в собствените си опити да станат звезди. Тези „измамни“ тела се носят свободно в празнотата – непреброени, непроверени и в повечето случаи невидими. „Свободно плаващите планети са буквално скитници сред звездите на Млечния път“, казва Александър Шолц, астроном от университета Сейнт Андрюс в Шотландия, пред The Daily Beast.
Планетите-измамници и звездите кафяви джуджета заедно представляват една от големите мистерии в съвременната астрономия. Учените най-накрая имат шанс да започнат да решават загадката, до голяма степен благодарение на един фантастичен нов инструмент: новия космически телескоп Джеймс Уеб на НАСА. Но истинското решаване на мистерията на планетите-измамници и кафявите джуджета може да изисква още по-добра технология.
Космическият телескоп Хъбъл може да е забелязал свободно плаваща черна дупка редувайки се с Джеймс Уеб (JWST), астрономите са започнали едногодишно усилие, което най-накрая може да ограничи популацията на FFP – Свободно плаващи планети и кафявите джуджета – тоест да определи вероятния минимален и максимален брой на тези свободно движещи се обекти в галактиката.
Това е голяма първа стъпка към разбирането как точно и защо тези странни планети и неуспешно запалени звезди може да са били изхвърлени в огромното пространство между звездните системи – и какво ги разделя от планетите и звездите, които не са били изхвърлени, както е в нашата Слънчева система.
Може би наборът от обстоятелства, които са попречили на Земята да се превърне в свободно плаващ скитник, всъщност са тънки като бръснач. JWST на стойност 10 милиарда долара със своя мощен инфрачервен сензор е ключът. „Тези обекти са много слаби и излъчват по-голямата част от светлината си в инфрачервения диапазон, така че голям инфрачервен телескоп с мощен инструмент е точно това, от което се нуждаем“, обясни Шолц. Той и негови колеги са автори на рецензирано проучване за текущите изследвания на измамни планети, което предстои да бъде публикувано в Астрономическото дружество на Тихия океан. (Предварителна версия на изследването се появи онлайн на 26 септември.)
Преди новият космически телескоп да бъде наличен, астрономите бяха затънали в търсене на планети-измамници и кафяви джуджета, използвайки по-стари космически телескопи, както и телескопи на земята, които имат големи ограничения. Те не виждат толкова далеч или толкова ясно, колкото JWST. Липсата на по-висока прецизност на по-старите телескопи принуди астрономите да опитат някои доста неточни методи за забелязване на планети-измамници и кафяви джуджета. Една от тези техники се нарича „лещи“: обект в космически лещи, когато улавя и усилва светлината от много далечен източник, като друга галактика, например. Забелязването на случаи на лещи може да доведе до идентификация на измамни планети. Но с JWST можем просто да сканираме пространството между звездните системи и директно да идентифицираме свободно плаващи планети и кафяви джуджета. Няма нужда да използвате заобикалящи методи като лещи. „JWST е фантастична машина“, каза Шолц.
В графика на НАСА има четири проучвания на JWST, които търсят планети-измамници и кафяви джуджета. Първият започна през август. Друг започна през септември. Два са планирани за 2023 г. Всеки има за цел да инспектира единичен звезден куп, всички от които са между 900 и 1200 светлинни години от Земята.
Симулациите на различни звездни системи и клъстери позволиха на Шолц и колегите му да започнат да гадаят за общата популация на кафяви джуджета в дадена област на космоса. Минимумът, каза той, трябва да бъде една свободно плаваща планета или кафяво джудже за всеки 100 звезди в даден клъстер.
Но е възможен и по-висок минимум от пет измамни планети и кафяви джуджета на звезда, добави Шолц. За контекст, малък клъстер може да има само няколкостотин звезди. Един голям може да има хиляди. Това е само груба теоретична оценка, която проучванията на JWST могат или да потвърдят, или напълно да отхвърлят. Шолц подчерта, че популацията на свободно плаващи планети и кафяви джуджета може да се окаже много по-голяма, тъй като проучванията инспектират все повече и повече звездни купове – по-специално по-старите купове. В края на краищата измамните планети стават измамни планети, когато се откъснат от своите звезди поради сложни гравитационни взаимодействия с течение на времето. По същия принцип кафявите джуджета са звезди, чиито ядра се развалят и охлаждат след потенциално милиони години. Колкото по-стар е един звезден куп, толкова повече измамни планети и кафяви джуджета е вероятно да произведе.
Като преброим планетите-измамници и кафявите джуджета, можем да започнем да рисуваме по-добра картина за това как се формират звездните системи – как младите звезди се сливат от облаци газ, как тези звезди събират прах и камъни, как прахът и камъните се събират заедно, за да направят планети, които планетите трябва да успеят да се вкопчат една в друга и в звездата и които е вероятно да бъдат отхвърлени и изхвърлени в празнотата.
„Свободно плаващите планети са резултат от динамичното раждане на планетарни системи, а също и от прекъсвания на планетарните системи по-късно“, каза Шолц. „В този смисъл те са важни за разбирането както на формирането, така и на дългосрочната стабилност на планетарните системи.“
Докато локализираме и преброяваме измамни планети и кафяви джуджета, има потенциал за някои наистина странни открития. Такива, които биха могли да преобърнат астрономията, каквато я познаваме. Може да открием, че някои свободно плаващи планети всъщност никога не са принадлежали към никоя звездна система. Според Иън Макдоналд, астроном от Университета на Манчестър в Обединеното кралство, има шанс планетите-измамници да се образуват сами, от отломки, разпръснати в студената празнота далеч от всяка звезда. Това би било дълбоко изключение от настоящото ни разбиране за това откъде идват планетите.
Свободно плаващите планети и кафявите джуджета също могат да пренапишат историята на живота. Това е историята зад еволюцията на живите същества на единствената планета, за която е известно, че ги поддържа. Нашата собствена. Земята е стабилна планета в стабилна звездна система – вероятни предпоставки за еволюцията на живота. Възможно е да не сме намерили живот в други системи, защото много системи не са стабилни. Свободно плаващи планети, насилствено изхвърлени от орбитите си около звездите на тяхното раждане, може да са доказателство за или причината за тази нестабилност.
„Да разберем защо досега изглеждаме сами във Вселената означава да разберем планетарните системи, които са се провалили“, каза Макдоналд. Може би, само може би, планетите-измамници са животоубийците. Няма да мине много преди тези първи четири проучвания на JWST да приключат и учените да могат да започнат да анализират данните и да публикуват откритията си.
Следващата стъпка – внимателно изследване на близка свободно плаваща планета или кафяво джудже – може да дойде след това. Това може да е една от най-добрите планети за живот на извънземни. Но ще бъде наистина трудно. Планетите-измамници и кафявите джуджета са толкова студени и толкова тъмни, че дори с мощния сензор на JWST изглеждат много бледи. Има „сериозен лимит на количеството информация, която можем да получим от тях“, каза Макдоналд. Можем да проследим тяхното движение, да стесним списъка на звездните системи, от които може да са дошли, и да направим обосновани предположения за тяхната геология.
Подробните проучвания ще трябва да изчакат следващото поколение технологии. „Вземането на по-висока разделителна способност и по-високи спектри сигнал-шум е очевидният път напред“, каза Радослав Полески, астроном от Варшавския университет, пред The Daily Beast. Водеха се разговори във и между водещите космически агенции, за разработване на нова сонда с близък до инфрачервения сензор, който може да прави по-добри снимки на свободно плаващи планети. Тази сонда може да отнеме десетилетие или повече за проектиране, изграждане и внедряване, ако приемем, че една или друга космическа агенция я направи приоритет. JWST ни позволява, за първи път, да търсим празнотата между звездите за странни обекти, които обитават това пространство. Но наистина да опознаем тези студени, тъмни, самотни обекти – планети-измамници и изгаснали звезди – е работа за телескопите и астрономите от бъдещето.
