Странная экзопланета ведет себя как давно искомая Девятая планета

Впервые астрономы смогли измерить движение массивной планеты, похожей на Юпитер, которая вращается очень далеко от своих звезд и видимого диска обломков. Этот диск похож на наш пояс Койпера из маленьких ледяных тел за Нептуном. В Солнечной системе предполагаемая Девятая планета также будет находиться далеко за пределами пояса Койпера на столь же странной орбите. Хотя поиск Девятой Планеты продолжается, открытие этой экзопланеты является доказательством существования таких странных орбит.

«Эта система позволяет провести потенциально уникальное сравнение с нашей Солнечной системой», - пояснил ведущий автор статьи Мэйдзи Нгуен из Калифорнийского университета в Беркли. «Она очень далека от своих звезд на эксцентричной и сильно смещенной орбите, как и предсказывается для Девятой планеты. Это вызывает вопрос о том, как эти планеты сформировались и эволюционировали, чтобы в конечном итоге принять нынешнюю конфигурацию».

Системе, в которой обитает этот газовый гигант, всего 15 миллионов лет. Это говорит о том, что наша Девятая Планета, если она существует, могла образоваться очень рано в эволюции нашей Солнечной системы возрастом 4,6 миллиарда лет.

Экстремальная орбита

Экзопланета HD 106906 b, массой 11 Юпитеров, была открыта в 2013 году телескопами Магеллана в обсерватории Лас-Кампанас в пустыне Атакама в Чили. Но астрономы ничего не знали об орбите планеты. Это требовало того, что мог сделать только космический телескоп Хаббла: собирать очень точные измерения движения бродяги за 14 лет с необычайной точностью. Команда использовала данные из архива Хаббла, которые предоставили доказательства этого движения.

Экзопланета находится чрезвычайно далеко от пары ярких молодых звезд - более чем в 730 раз дальше расстояния Земли от Солнца, или почти 6,8 миллиардов миль. Такое большое расстояние сделало чрезвычайно трудным определение орбиты продолжительностью 15 000 лет за такой относительно короткий промежуток времени наблюдений Хаббла. Планета очень медленно движется по орбите, учитывая слабое гравитационное притяжение ее очень далеких звезд.

Команда Хаббла была удивлена, обнаружив, что удаленный мир имеет экстремальную орбиту, которая очень смещена, удлинена и находится вне диска обломков, который окружает двойные звезды-хозяева экзопланеты. Сам диск обломков выглядит очень необычно, возможно, из-за гравитационного рывка своенравной планеты.

Как она туда попала?

Как же экзопланета оказалась на такой далекой и странно наклоненной орбите? Преобладающая теория гласит, что она образовался намного ближе к своим звездам, примерно в 3 раза дальше, чем Земля от Солнца. Но сопротивление внутри газового диска системы привело к распаду орбиты планеты, заставив ее мигрировать внутрь, к звездной паре. Гравитационные эффекты от вращающихся звезд-близнецов затем выбросили её на эксцентрическую орбиту, которая почти выбросила её из системы в пустоту межзвездного пространства. Затем проходящая звезда извне системы стабилизировала орбиту экзопланеты и не позволила ей покинуть домашнюю систему.

Используя точные измерения расстояния и движения со спутника Gaia Европейского космического агентства, в 2019 году члены команды Роберт Де Роса из Европейской южной обсерватории в Сантьяго, Чили, и Пол Калас из Калифорнийского университета идентифицировали проходящие звезды-кандидаты.

Беспорядочный диск

В исследовании, опубликованном в 2015 году, команда под руководством Каласа нашла косвенные доказательства поведения убегающей планеты: диск мусора системы сильно асимметричен. Одна сторона диска усечена по отношению к противоположной стороне, и она также искажена по вертикали, а не ограничена узкой плоскостью, как на противоположной стороне звезд.

«Идея в том, что каждый раз, когда планета приближается к двойной звезде, она перемешивает материал диска», - объясняет Де Роса. «Таким образом, каждый раз, когда планета проходит, она обрезает диск и подталкивает его вверх с одной стороны. Этот сценарий был протестирован с моделированием этой системы с планетой на аналогичной орбите - это было до того, как мы узнали, какая орбита планеты был».

«Это все равно, что прибыть на место автомобильной аварии и попытаться восстановить то, что произошло», - пояснил Калас. «Это детективная работа по астрономии, собирающая доказательства, необходимые для создания правдоподобных историй о том, что здесь произошло».

Аналог Девятой планеты?

Сценарий странной орбиты HD 106906 b в некотором смысле похож на то, что могло привести к тому, что гипотетическая Девятая планета оказалась во внешних пределах Солнечной системы, далеко за пределами орбиты других планет и за поясом Койпера. Девятая планета могла образоваться во внутренней части Солнечной системы и быть выброшена из нее в результате взаимодействия с Юпитером. Но Юпитер выбросил бы Девятую планету далеко за пределы Плутона. Проходящие звезды могли стабилизировать орбиту выброшенной планеты, отодвинув ее от Юпитера и других планет внутренней Солнечной системы.

На сегодняшний день у астрономов есть лишь косвенные доказательства существования Девятой планеты. Они обнаружили скопление небольших небесных тел за Нептуном, которые движутся по необычным орбитам по сравнению с остальной частью Солнечной системы. Эта конфигурация, как говорят некоторые астрономы, предполагает, что эти объекты были объединены гравитационным притяжением огромной невидимой планеты. Альтернативная теория состоит в том, что нет одной гигантской планеты, а дисбаланс возникает из-за комбинированного гравитационного влияния множества гораздо меньших объектов. Другая теория в том, что Девятой Планеты не существует вообще, и скопление более мелких тел может быть просто статистической аномалией.

Выводы команды опубликованы 10 декабря 2020 года в The Astronomical Journal.