Астрономы рассказали, как рождаются ‎космические «кочевники»

Объекты планетарной массы (Planetary mass object, PMO) или планемо — не похожи ни на звезды, ни на планеты. Их часто называют космическими «‎кочевниками», потому что многие из них «‎одиночки», гравитационно не привязаны ни к одному светилу, следовательно, свободно дрейфуют в космосе. Масса таких объектов обычно не превышает 13 масс Юпитера. Преимущественно эти тела находят в «звездных яслях» — молодых скоплениях вроде Трапеции Ориона. 

Хотя объекты планетарной массы в космосе не редкость, их происхождение десятилетиями озадачивало ученых. Согласно одной из версий, PMO могут быть «‎неудавшиеся звездами», которым не хватило массы для запуска термоядерных реакций по образу и подобию коричневых карликов или звезд. Согласно другой — PMO — это планеты-сироты, выброшенные из своих родных систем в результате «‎гравитационных драк».

Однако, ни одна из этих гипотез не может объяснить. например, почему PMO так много в космосе, почему они иногда образуют пары и движутся синхронно со звездами в скоплениях — как будто родились вместе с ними.

Разобраться в этих вопросах попыталась международная команда астрономов под руководством Дэна Хунпина (Deng Hongping) из Шанхайской астрономической обсерватории Китайской академии наук. С помощью компьютерных программ ученые воссоздали условия в звездных скоплениях и смоделировали столкновения между двумя околозвездными дисками — вращающимися кольцами газа и пыли, которыми окружены молодые светила.

При сближении двух дисков на расстояние 300–400 астрономических единиц (астрономическая единица равна расстоянию от Земли до Солнца) и скорости 2–3 километра в секунду их гравитация растягивает и сжимает газ, создавая «приливные мосты» — вытянутые структуры из вещества. Со временем эти «мосты» коллапсируют в плотные газовые «нити», которые затем распадаются на сгустки. Когда масса сгустков достигает критических значений, из них формируются PMO с массой, примерно в 10 раз превышающей массу Юпитера.

Моделирование показало, что около 14 процентов PMO образуются парами или тройками, а расстояние между этими телами составляет 7–15 астрономических единиц. Это позволяет понять, почему в некоторых звездных скоплениях ученые наблюдают двойные системы объектов планетарной массы.

В плотных звездных скоплениях, например, в той же Трапеции Ориона, такие столкновения дисков происходят часто. Поэтому там могут рождаться сотни PMO, что объясняет, почему в космосе астрономы находят так много этих тел.

Согласно анализу, проведенному командой Хунпина, PMO образуются не так как обычные планеты. Они формируются из материала внешних областей околозвездных дисков, где меньше тяжелых элементов, что делает их химический состав уникальным. В отличие от планет-сирот, выброшенных из своих родных систем, объекты планетарной массы рождаются вместе со звездами и иногда могут двигаться с ними синхронно. 

Кроме того, у PMO остаются газовые диски, достигающие 200 астрономических единиц в диаметре. Теоретически в таких дисках могут формироваться планеты и спутники — как мини-версии Солнечной системы.

Открытие команды Хунпина показало, что с большой долей вероятности, PMO — не побочный продукт эволюции звезд или планет, а результат гравитационных «боев» околозвездных дисков. Чтобы убедиться в правоте своей гипотезе, ученые планируют изучить химический состав PMO и окружающих их дисков с помощью космического телескопа «‎Джеймса Уэбба». Также Хунпин собирается проверить свою гипотезу на данных из других молодых скоплений. В случае, если выводы ученых подтвердятся, PMO могут стать новым классом астрономических объектов. 

Научная работа опубликована в журнале Science Advances.