Обычно планеты движутся вокруг светила или группы светил в соответствии с определенными физическими законами, которые описывают их орбиты и скорость движения. Однако в конце XX века ученые выдвинули гипотезу, согласно которой в космосе могут существовать и свободно дрейфующие планеты, гравитационно не привязанные к звездам. Речь идет о так называемых планетах-сиротах.
Предполагается, что планеты-сироты сходят со своих орбит и покидают родные системы в результате какого-либо катаклизма. Кроме того, они могут формироваться из межзвездного газа и пыли как самостоятельные объекты. Этот путь похож на образование звезды, но в гораздо меньших масштабах.
Такие объекты практически невозможно заметить оптическим телескопом — они не излучают, как звезды, и отражают крайне мало света (если вообще отражают). В Солнечной системе планеты отражают свет Солнца, поэтому их можно увидеть в телескоп. Но планеты-сироты находятся далеко от звезды, отраженный свет от фоновых источников (тех же далеких звезд) слишком слаб, чтобы его можно было поймать обычными инструментами.
Астрономы охотятся на планеты-сироты с помощью хитроумного метода — гравитационного микролинзирования. Его принцип основан на предсказаниях Альберта Эйнштейна: когда такая планета проходит на фоне далекого светила, ее гравитация искривляет и усиливает свет этой звезды, как линза. На несколько дней или недель звезда с поверхности Земли кажется ярче. По кратковременному увеличению блеска светила можно судить о наличии планеты-сироты.
Но у этого метода есть недостаток. По одной лишь кривой блеска сложно понять, какое именно тело проходит между звездой и Землей. Метод не позволяет с высокой точностью определить два ключевых параметра — массу объекта-линзы и расстояние до него. Поэтому многие кандидаты в планеты-сироты остаются неподтвержденными. С тем же успехом эти тела могут оказаться как газовыми гигантами, так и коричневыми карликами — объектами, которым не хватило массы, чтобы стать настоящими звездами: они легче светил, но тяжелее газовых гигантов вроде Юпитера.
Когда астрономы стали систематически искать планеты-сироты с помощью гравитационного микролинзирования, то полагали, что эти миры должны быть всех возможных размеров: от тел земной массы до массы коричневых карликов. Иными словами, исследователи ожидали, что между массой объектов не будет резких провалов.
Но вместо этого в данных обнаружился странный разрыв. Ученые находили относительно много объектов массой с Юпитер и много коричневых карликов, а вот объектов промежуточной массы — примерно между массой Нептуна и Юпитера — почти не было. Этот «провал» в размерах получил неформальное название «пустыня Эйнштейна». Оставалось непонятным, действительно ли не существует планет-сирот таких размеров или же имеющиеся методы наблюдений просто не позволяют их распознать?
Независимое открытие двух групп астрономов под руководством Анжея Удальского (Andrzej Udalski) из Варшавского университета в Польше и Гэвина Коулмана (Gavin Coleman) из Лондонского университета королевы Марии позволило детально разобраться в этом вопросе.
В 2024 году два наземных телескопа — корейский KMTNet и польский OGLE — зафиксировали кратковременное увеличение блеска звезды. Событие, получившее двойное название KMT-2024-BLG-0792 и OGLE-2024-BLG-0516, указало, что ученые имеют дело с объектом планетарной, а не звездной массы.
Почти одновременно с наземными телескопами за тем же участком неба наблюдала космическая обсерватория «Гайя» (Gaia). Такое совпадение случается крайне редко. Наблюдая одно и то же событие с помощью наземных телескопов и космического (метод параллакса), ученые смогли с высокой точностью вычислить расстояние до объекта-линзы и, что самое главное, его массу.
Оказалось, что исследуемый объект — планета-сирота, которая находится на расстоянии 10 тысяч световых лет от Земли. Масса тела составляет примерно 22 процента от массы Юпитера, или приблизительно равна массе Сатурна. Таким образом, это первая в истории астрономии планета-сирота, у которой удалось измерить массу с высокой точностью. Масса служит главным критерием, по которому астрономы отделяют планеты от других космических тел.
Открытие имеет двойное значение. Во-первых, оно подтверждает существование планет-сирот как отдельного класса объектов. Во-вторых, свидетельствует о том, что планеты-сироты промежуточной массы не редкость — их просто было технически сложно обнаружить и подтвердить.
По мнению ряда специалистов, в будущем подобных открытий станет больше. В 2027 году NASA планирует запустить космический телескоп «Нэнси Грейс Роман» (Nancy Grace Roman Space Telescope) — широкодиапазонную инфракрасную обсерваторию, которая поможет обнаружить новые планеты-сироты и понять, как именно они рождаются и изгоняются из своих систем.
Научная работа опубликована в журнале Science.