«Вольная планета» OTS 44 с аккрецирующим диском, из которого она сформировалась (рисунок А.М. Кветца из статьи).

Астрономы обнаружили объект планетарной массы, окруженный аккреционным диском, подобно формирующимся звездам.

Последние десятилетия существенно расширили «зоопарк» астрономических объектов. Помимо планет у других звезд, многие из которых существенно отличаются от представленных в Солнечной системе, были открыты бурые карлики — объекты, промежуточные между звездами и планетами — и так называемые «планеты-сироты» (также известные как «свободно плавающие планеты»), самостоятельно путешествующие по космическому пространству, не привязанные гравитацией к какой-либо звезде.

Механизм формирования таких холодных и легких одиночных объектов до конца непонятен. «Традиционный» путь звездообразования, восходящий еще к «небулярной гипотезе» Иммануила Канта, представляет собой гравитационное сжатие газо-пылевого облака: масса в его центре концентрируется до тех пор, пока увеличение давления и температуры не «зажжет» термоядерные реакции, которые прекратят дальнейшее сжатие. В настоящее время известны и прямые наблюдения звезд в процессе формирования (так называемые «звезды типа Т Тельца»), окруженных газо-пылевым облаком (из которого впоследствии сформируются «обычные» планеты). Выдвинуты модели, объясняющие, почему центральный объект может «не добрать» массы, став бурым карликом или иным планетоподобным объектом, однако к ним все еще существует много вопросов. Для лучшего понимания проблемы космогонии одиночных планет важно знать, каков нижний предел массы объектов, которые вообще способны возникать по классической модели звездообразования?

Группа астрономов из Германии, Франции и Китая под руководством В. Йоргенса из гейдельбергского Астрономического института Макса Планка показала, что гравитационное сжатие способно порождать и объекты планетарной массы. Они исследовали объект OTS 44, принадлежащий области звездообразования Хамелеон I, что находится на расстоянии около 160 парсек от Земли. Возраст объекта оценивается в два миллиона лет (то есть возник он приблизительно в то время, когда на нашей планете появились первые люди). Открытый в 1999 году по наблюдениям в инфракрасных лучах, этот «свободно плавающий» объект вначале считался кандидатом в бурые карлики, но в 2013 году было показано, что его масса либо лежит в планетарном диапазоне, либо очень близка к нему: от 6 до 17 масс Юпитера, наиболее вероятное значение — 12 масс Юпитера.

Дальнейшие исследования этой «планеты-сироты» в инфракрасном диапазоне показали, что вокруг нее имеется газо-пылевой диск. Группа Йоргена сделала модель этого диска, предположив, что его пылевая компонента состоит примерно на треть из графита и на две трети из силиката, а сами пылинки имеют размер от 0,005 до 0,25 мкм. Наиболее хорошо согласуется с результатами наблюдений телескопа «Гершель» модель, в которой масса диска составляет 3,25*10^-5 солнечных масс, около десяти земных.

Наблюдения за линиями излучения атомов водорода показали, что вещество этого диска продолжает падать на центральный объект, то есть в нем происходит аккреция (за счет эффекта Доплера линии излучения «раздваиваются», сдвигаясь в разные стороны у атомов, движущихся в диске к нам и от нас). В ходе этого процесса атомы достигают скорости до 200 км/с. Причем эта аккреция, видимо, неравномерна — так как «выдающее» ее излучение существенно изменилось между двумя наблюдениями, разделенными всего несколькими днями. Общий темп аккреции авторы оценили как 7,6*10^-12 солнечных масс в год. Объекты планетарной массы с аккреционными дисками были известны и ранее, но — только гравитационно связанные со звездами.

Интересно, что отношение массы диска к массе центрального тела, а также темп аккреции у OTS 44 согласуется с тенденциями, проявившимися у более тяжелых бурых карликов и звезд. Таким образом, по-видимому, эти объекты действительно образуются за счет тех же процессов, что и звезды.

Что же ждет OTS 44 в будущем? Только постепенное охлаждение. Авторы приводят одну из моделей, которую сами считают не очень удачной: для известных объектов она предсказывает температуры, которые несколько превышают реально наблюдаемые. Но, по-видимому, можно утверждать, что за десять миллиардов лет OTS 44 охладится с сегодняшних 1700 К (около 1400 С) до температуры, на несколько десятков градусов ниже нуля по Цельсию.

Работа представлена на
18-ом Кембриджском симпозиуме по холодным звездам,
звездным системам и Солнцу.

Материал подготовил Сергей Лысенков