Телескоп Джеймс Уэбб изучает свободно плавающие планеты

Космический телескоп Джеймс Уэбб (JWST) продолжает раскрывать ранее недоступные астрономические явления, среди которых особый интерес представляют свободно плавающие планеты (FFP) — объекты, не связанные гравитационно с какой-либо звездой. Их слабое излучение делает их обнаружение крайне сложным, однако JWST смог идентифицировать 42 таких объекта в скоплении туманности Ориона (ONC). Эти FFP, получившие название двойных объектов с массой Юпитера (JuMBO), обладают массами от 0.7 до 13 масс Юпитера и находятся на огромных расстояниях друг от друга — от 28 до 384 астрономических единиц (а. е.).

Подобные расстояния резко контрастируют с типичными субзвездными двойными системами, где компоненты разделены менее чем 10 а. е. Это ставит под сомнение существующие теории формирования планетарных и субзвездных объектов. В новом исследовании, озаглавленном «Могут ли двойные планеты выживать в областях звездообразования?» (принятом к публикации в MNRAS), группа астрономов под руководством Ричарда Паркера из Шеффилдского университета изучила устойчивость JuMBO в плотных звездообразующих регионах, таких как ONC.

Вызовы для теорий формирования и выживания JuMBO

ONC является самой плотной областью звездообразования в пределах 500 парсеков от Солнца, что делает её экстремальной средой для существования двойных планетарных систем. Ученые отмечают, что гравитационные возмущения от пролетающих звезд часто разрушают как звездные, так и субзвездные двойные системы в подобных регионах. Это заставило исследователей задуматься: представляют ли 42 JuMBO в ONC все планеты или образовалось еще много тех, кто не выжил и изначально их было значительно больше?

Ключевой проблемой является огромное расстояние между компонентами JuMBO. Чем больше расстояние, тем слабее гравитационная связь между объектами, что делает их уязвимыми к внешним воздействиям. Для проверки их устойчивости команда провела моделирование, учитывающее различные параметры: начальную функцию масс, распределение расстояний в двойных системах и локальную звёздную плотность.

Результаты моделирования и их значение

Результаты показали, что широкие двойные системы, подобные JuMBO, крайне неустойчивы в плотных звездных средах. Большинство смоделированных систем разрушалось под воздействием гравитационных возмущений, причем вероятность разрушения возрастала с увеличением расстояния между компонентами. Это означает, что изначально в ONC должно было существовать значительно больше JuMBO, чем наблюдаемые 42.

Авторы подчеркивают, что даже в менее плотных звездообразующих регионах многие из таких систем не смогли бы сохраниться. Это ставит перед теоретиками сложную задачу: объяснить не только механизмы формирования JuMBO, но и их изначально высокую распространенность, необходимую для объяснения наблюдаемого количества «выживших».

Проблемы теорий формирования

Существует несколько гипотез, пытающихся объяснить происхождение JuMBO:

• Фрагментация протопланетных дисков — образование планетарных пар в процессе коллапса газопылевых дисков вокруг молодых звезд.
• Турбулентная фрагментация молекулярных облаков — аналог звездообразования, но для объектов планетарной массы.
• Неудачная аккреция ядра — сценарий, при котором объекты не набрали достаточной массы для становления звездами.
• Динамический захват — гравитационное взаимодействие, приводящее к образованию пар.
• Выброс двойных систем — сценарий, при котором двойные звезды или планеты выбрасываются из своих систем.

Однако ни одна из этих теорий пока не может удовлетворительно объяснить экстремально большие расстояния между компонентами JuMBO. Если их формирование происходило вблизи звезд, как предполагают модели фрагментации дисков, то как они оказались на столь огромных орбитах?

Если же они образовались как независимые объекты в молекулярном облаке, то почему их массы соответствуют планетарному, а не звездному диапазону?

Выводы и перспективы

Исследование JWST и последующее моделирование показали, что JuMBO представляют собой уникальный и загадочный класс объектов, требующий пересмотра существующих теорий. Их существование в плотных звездообразующих регионах, таких как ONC, указывает на необходимость более эффективных механизмов формирования, способных производить большое количество подобных систем до их разрушения.

Дальнейшие наблюдения с помощью JWST и других телескопов, а также более детальные симуляции, возможно, помогут раскрыть природу JuMBO. Пока же их изучение остается одной из самых интригующих задач современной астрофизики, способной привести к новому пониманию процессов формирования как планет, так и субзвездных объектов.