Девятая планета — это возможная планета Солнечной системы, которая потенциально в 10 раз больше Земли и вращается далеко за пределами орбиты Нептуна по сильно вытянутому эллипсу вокруг Солнца. Она была предложена в 2012 году для объяснения странностей орбит карликовых планет, расположенных за Нептуном. Эти так называемые объекты пояса Койпера ведут себя так, как будто на них действует гравитация большого пока еще не обнаруженного тела — возможно, планеты.
До сих пор главный вопрос заключался в том, находится ли планета, получившая название HD 106906 b, на орбите, постоянно связанной с родительской двойной звездой — которой всего 15 миллионов лет по сравнению с 4,5 миллиардами лет нашего Солнца — или же она улетает из планетной системы, чтобы стать изгоем и никогда не вернуться. В статье, опубликованной 10 декабря в Astronomical Journal, астрономы наконец ответили на этот вопрос. Точно отслеживая положение планеты в течение 14 лет, они определили, что она, вероятно, вращается вокруг двойной системы по очень эксцентрической (вытянутой) орбите длиной 15 000 лет, что делает ее «дальним» родственником Девятой планеты.
И раз она находится на очень эксцентричной орбите, «это поднимает вопрос, как планеты могут оказаться на таком большом расстоянии от своей звезды», — сказал Мэйдзи Нгуен, недавний выпускник Калифорнийского университета в Беркли и ведущий автор статьи. «Была ли она выброшена из внутренней части планетной системы? Или она сразу образовалась там?»
Возможная орбита Девятой планеты на основе орбит карликовых планет в поясе Койпера, которые гравитация гигантской планеты «смела» в одну кучу.
По словам Пола Каласа, профессора астрономии из Калифорнийского университета и еще одного автора новой статьи, сходство этой экзопланеты с предложенной Девятой планетой показывает, что такие далекие планеты действительно могут существовать и что они могут образоваться в течение первых десятков миллионов лет жизни родительской звезды. И, основываясь на других недавних открытиях команды о HD 106906, планета, похоже, предпочитает сценарий, в котором проходящие мимо звезды также играют определенную роль.
«На заре развития планетных систем может происходить какой-то процесс, который выбрасывает планеты и кометы наружу, а затем появляются проходящие звезды, которые стабилизируют их орбиты», — сказал он. «Мы медленно накапливаем данные, необходимые для понимания разнообразия внесолнечных планет и того, как это связано с загадочными аспектами нашей собственной Солнечной системы».
Молодая запыленная звезда со странной планетой
HD 106906 — это двойная звездная система, расположенная в направлении созвездия Крус. Астрономы тщательно изучали ее в течение последних 15 лет из-за ее развитого диска пыли, который может быть местом рождения планет. Наша Солнечная система могла быть похожа на HD 106906 около 4,5 миллиардов лет назад, когда планеты только начинали образовываться в закрученном диске из газа, пыли и обломков, оставшихся после появления Солнца.
Удивительно, но на изображениях звезды, сделанных в 2013 году телескопом Магеллана в Чили, была обнаружена планета, светящаяся от собственного внутреннего тепла и находящаяся на необычно большом расстоянии от двойной системы: в 737 раз дальше, чем Земля от Солнца, или в 25 раз дальше, чем Нептун от Солнца.
Изображение планеты HD 106906 b, полученное Хабблом.
Калас, который ищет планеты и пылевые диски вокруг молодых звезд, был одним из руководителей команды, которая использовала прибор Gemini Planet Imager на телескопе Gemini South для получения первых изображений газопылевого диска в системе HD 106906. В 2015 году эти наблюдения предоставили доказательства, которые привели теоретиков к предположению, что планета сформировалась близко к двойной звезде и была выброшена из-за гравитационных взаимодействий с ней. Все дело в том, что края внешнего пылевого диска и внутреннего пояса комет в этой системе неровные, то есть что-то — например, гигантская планета — успело нарушить симметрию.
«Идея состоит в том, что каждый раз, когда планета приближается к двойной звезде, она перемешивает материал на газопылевом диске», — сказал член команды Роберт Де Роса из Европейской южной обсерватории в Сантьяго, Чили. «Итак, каждый раз, когда планета проходит сквозь него, она обрезает диск и подталкивает его вверх с одной стороны. Этот сценарий был проверен с помощью моделирования этой системы с планетой на аналогичной орбите».
Проблема, на которую указали ученые, занимающиеся моделированиями взаимодействия планет, состоит в том, что обычно такая далекая планета полностью исключается из системы, становясь планетой-изгоем. Какое-то другое взаимодействие, возможно, с проходящей звездой, просто необходимо для стабилизации орбиты эксцентричной планеты, такой как HD 106906 b. Аналогичный сценарий был предложен для формирования Девятой планеты: ее взаимодействие с планетами-гигантами в начале истории нашей планетной системы вытеснило ее из внутренней части Солнечной системы наружу, после чего проходящие звезды в нашем локальном скоплении стабилизировали ее орбиту.
Калас отправился на поиски такой пролетной звезды для HD 106906 b, и в прошлом году он и Де Роса, тогда работавший в Стэнфордском университете, сообщили об обнаружении нескольких близлежащих звезд, которые пронеслись мимо этой планетной системы около 3 миллионов лет назад, и они, возможно, послужили толчком, необходимым для стабилизации орбиты гигантской планеты. Поэтому теперь, после точных измерений орбиты планеты в период с 2004 по 2018 год, Нгуен, де Роса и Калас представляют доказательства того, что планета, скорее всего, находится на стабильной, но очень эллиптической орбите вокруг своей двойной звезды.
Планета, образованная во внутренних областях газопылевого диска, может быть выкинута из него гравитационными силами. Однако пролетающие рядом звезды могут помочь планете остаться в системе, а не стать изгоем.
«Несмотря на то, что у нас было всего 14 лет наблюдений, мы все же смогли, что удивительно, получить ограничение на орбиту, подтвердив наше подозрение, что она очень сплюснута и один оборот по ней занимает примерно 15 000 лет», — сказал Нгуен. «В будущем для уточнения наших выводов потребуется точное измерение радиальной скорости планеты».
Орбитальные измерения научной группы были получены путем сравнения астрометрических данных обсерватории Gaia Европейского космического агентства, которая точно отображает положение миллиардов звезд, и изображений с космического телескопа Хаббла. Поскольку Хаббл закрывает для себя свет от двойной звезды, чтобы увидеть более тусклый газопылевой диск, астрономы не смогли по его данным определить точное положение звезды относительно HD 106906 b. Данные Gaia позволили команде более точно определить положение двойной системы и, таким образом, нанести на карту движение планеты относительно двойной звезды в период с 2004 по 2018 год, что составляет менее одной тысячной ее орбитального периода.
«Мы можем использовать чрезвычайно точную астрометрию Gaia, чтобы сделать вывод, где должна быть двойная звезда на наших изображениях с Хаббла, и после этого измерение орбиты планеты становится довольно тривиальным», — сказал Нгуен.
В дополнение к подтверждению 15000-летней орбиты планеты, команда обнаружила, что ее орбита на самом деле очень сильно наклонена к плоскости газопылевого диска: между 36 и 44 градусами. В итоге минимальное расстояние между двойной звездной системой и планетой HD 106906 b оказывается около 500 а.е. (одна астрономическая единица — расстояние между Землей и Солнцем, 150 млн километров) — а это означает, что она даже теоретически не будет оказывать никакого влияния на газопылевой диск и планеты в нем. То же самое относится и к Девятой планете, которая не оказывает никакого наблюдаемого воздействия ни на одну из восьми планет Солнечной системы.
«Я думаю, на данный момент HD 106906 уникальна для нас. Это единственная известная нам молодая система, где мы обнаружили газопылевой диск и экзопланету, которая расположена на очень большом расстоянии и смещена относительно эклиптики», — сказал Нгуен. «Именно это делает ее максимально близкой к гипотетической Девятой планете».
