JWST обнаружил шесть планет-изгоев без звезды, которую можно было бы назвать домом

Мы думаем о планетах как о потомках родительских звезд.

Однако космос — странная и непостоянная вещь; объекты не всегда следуют тем правилам, которые, по нашему мнению, должны соблюдаться.

С помощью JWST астрономы поймали шесть «изгоев», объектов размером с планету, которые беспривязно приближались к какой-либо звезде, дико и свободно перемещаясь по межзвездному пространству в Великолепное окружение звездообразующей туманности в созвездии Персея.

«Мы исследуем самые пределы процесса звездообразования», — говорит астрофизик Адам Лангевельд из Университета Джона Хопкинса.

«Если у вас есть объект, похожий на молодой Юпитер, возможно ли, что он мог бы стать звездой при правильных условиях? Это важный контекст для понимания формирования как звезд, так и планет».

Там Вот несколько способов построить космический объект. Считается, что звезды формируются сверху вниз: комок в достаточно плотном облаке пыли и газа коллапсирует под действием силы тяжести и накапливает все больше и больше массы из диска материала, который кружится вокруг него, пока давление и тепло в его центре не станут достаточно высокими, чтобы зажечь водородный синтез.

Считается, что, по крайней мере, некоторые планеты формируются в результате восходящего процесса, из материала, оставшегося в диске после завершения формирования звезды. В этом сценарии сгустки материала начинают слипаться электростатически, а затем гравитационно, в конечном итоге накапливая достаточно материала для формирования дифференцированного ядра и мантии.

Неясно, где проходит граница между этими механизмами образования. И именно этот вопрос побудил исследователей направить JWST на туманность под названием NGC 1333 в Персее, область, заполненную скоплениями молодых звезд, недавно образовавшихся из газа внутри.

«Мы использовали беспрецедентную чувствительность Уэбба в инфракрасном диапазоне волн для поиска самых слабых членов молодого звездного скопления, стремясь ответить на фундаментальный вопрос астрономии: как световой объект может образовывать звезду?» — говорит астрофизик Рэй Джаявардхана из Университета Джона Хопкинса.

«Оказывается, мельчайшие свободно плавающие объекты, образующиеся подобно звездам, перекрываются по массе с гигантскими экзопланетами, вращающимися вокруг близлежащих звезд».

По оценкам астрономов что по Млечному Пути могут дрейфовать миллиарды планет-изгоев. Большая часть из них образовалась обычным образом, в остатках еды, съеденной звездочкой; беспокойные гравитационные взаимодействия могли бы освободить эти миры от их звездных причалов и отправить их в беззвездные приключения (или они могли бы попасться в ловушку гравитации чужой звезды).

Но возможно, что некоторые планеты-изгои начнут свой путь развитие так же, как это делают звезды. Мы знаем о популяции объектов, которые формируются подобно звездам, но не имеют достаточной массы для синтеза водорода; это коричневые карлики, масса которых примерно в 13–85 раз превышает массу Юпитера. Эти объекты достаточно массивны, чтобы поддерживать синтез дейтерия – формы тяжелого водорода, для синтеза которого требуется более низкое давление и температура. Они светятся, но тускло.

Моделирование предполагает, что верхний предел массы планеты, формирующейся снизу вверх за счет аккреции ядра, составляет менее 10 Юпитеров. Кроме того, население NGC 1333 молодо, и такая аккреция займет некоторое время – как и гравитационные взаимодействия, которые выведут их в большую, обширную галактику.

Поэтому, когда JWST обнаружил шесть объектов, масса которых в пять-десять раз превышала массу Юпитер, Лангевельд и его команда полагали, что они, должно быть, образовались в результате гравитационного коллапса. Это было подтверждено, когда вокруг каждого из относительно крошечных объектов были обнаружены диски, похожие на маленькие звезды в миниатюре.

«Наши наблюдения подтверждают, что природа создает объекты планетарной массы по крайней мере двумя разными способами – за счет сжатия облако газа и пыли, как формируются звезды, и в дисках газа и пыли вокруг молодых звезд, как это сделал Юпитер в нашей Солнечной системе», — говорит Джаявардхана.

Интересно, хотя JWST достаточно чувствителен. Чтобы обнаружить еще меньшие объекты, исследователи не обнаружили ни одного мира-изгоя размером меньше пяти Юпитеров. Это говорит о том, что это точка отсечения. Ниже этой массы, скорее всего, планеты должны формироваться в результате аккреции ядра.

Результаты команды показывают, что этих объектов много, и они составляют до 10 процентов всех объектов в скоплении, которое они изучали. И открытие этих миров открывает удивительные возможности, стирая грань между звездой и ее планетами, планетами и ее спутниками.

«Эти крошечные объекты с массами, сравнимыми с планетами-гигантами, сами могут быть способны образовывать их собственные планеты», — говорит астрофизик Алекс Шольц из Университета Сент-Эндрюс в Великобритании. «Это может быть рассадник миниатюрной планетной системы, масштаб которой намного меньше нашей Солнечной системы».

Результат исследования был принят в Астрономический журнал и доступен для просмотра. на arXiv.