Большинство планет в космосе не имеют звезд
На каждую планету, которая вращается вокруг звезды, как наша Земля вокруг Солнца, есть, вероятно, тысячи «сиротских планет», блуждающих по галактике в одиночку.
В нашей Солнечной системе мы можем с уверенностью наблюдать за орбитой как минимум восьми планет вокруг нашей домашней звезды. Но за время существования Солнечной системы — 4,5 миллиарда лет — мы не можем знать, сколько всего было планет. Мы можем быть уверены только в том, какие планеты сохранились до нашего времени. Возможно, были планеты, сформировавшиеся вокруг нашего Солнца на ранней стадии, а затем они были выброшены из Солнечной системы под воздействием какой-то гравитационной силы. За последние несколько лет мы начали находить подобные планеты-сироты, иногда называемые планетами-изгоями, в межзвездном пространстве. Основываясь на том, что мы знаем о звездах, гравитации и космической эволюции, мы можем сделать приблизительную оценку общего числа планет во Вселенной, и она, вероятно, превосходит количество звезд где-то от 100 до 100 000. В космосе полно планет, и большинство из них даже не имеют домашних звезд.
В последнее время мы начали понимать, что такие солнечные системы, как наша, являются правилом во Вселенной, а не исключением. Исследования экзопланет показали нам, что не только многие (если не все) звезды, вероятно, имеют планеты вокруг них, большинство из них, возможно, имеют миры с различными массами, размерами и орбитальными периодами обращения. Звезды могут иметь газовые гиганты во внутренних частях своих планетных систем, иметь много миров на внутренних орбитах, типа Меркурия, или иметь планеты, находящиеся гораздо дальше, чем даже Нептун вокруг Солнца.
Визуализация планет, найденных на орбите вокруг других звезд в участке неба, зондируемом миссией NASA Kepler. Насколько мы можем судить, практически все звезды окружены планетарными системами.
Вероятно, существует гораздо больше разнообразия среди планет, которые вращаются вокруг других звезд, чем мы когда-либо предполагали, глядя на свою Солнечную систему. Вероятно, есть даже звезды с десятками планет, вращающихся вокруг них; мы надеемся обнаружить их в будущем, когда мы сможем увеличить разрешающую способность наших космических телескопов.
В среднем, мы можем сказать, что в нашей галактике Млечный Путь есть, вероятно, 10 планет на каждую звезду, имея ввиду, что это оценка, основанная на неполной информации. Истинное среднее значение может быть меньшим числом, таким, как 3, или большим, как 30, но 10 является разумным примерным количеством на основе того, что мы знаем в настоящее время. Однако, как мы уже упоминали ранее, это число отражает только количество имеющихся на сегодня планет. В течение жизни Солнечной системы было много миров, которые были созданы, но не дожили до сегодняшнего дня. Некоторые из них сталкивались и сливались с другими, формируя более крупные планеты. Другие под воздействием гравитации теряли свою кинетическую энергию и падали на центральную звезду.
Со временем планеты гравитационно перетягивают друг друга и путем миграции создают наиболее стабильные конфигурации, подобно нынешней Солнечной системе. Обычно это означает, что самые большие, самые массивные планеты занимают свое положение на орбитах за счет других, меньших, более легких планет. В космической битве за планетарное постоянство наиболее распространенным исходом должно быть вытеснение проигравших планет из звездной системы в межзвездное пространство.
Возможно, несколько триллионов из них блуждают по Млечному Пути и у подавляющего большинства планет-изгоев никогда не было родительской звезды. Чтобы понять, почему, нужно вернуться к тому, как формируются звезды.
Туманность Небула. Темные, пыльные молекулярные облака в нашем Млечном пути со временем разрушатся и дадут начало новым звездам.
Всякий раз, когда у вас есть большое, прохладное молекулярное облако газа, оно будет разделяться и разрушаться в несколько сгустков, поскольку гравитация затягивает массу внутрь, а радиация выталкивает ее наружу. Если ваше облако газа достаточно прохладно и достаточно массивно, оно может достигать достаточных температур и плотностей в ядрах самых плотных своих сгустков, чтобы воспламенить ядерный синтез и сформировать звезды. В пределах звездообразующей области происходит огромная гонка: между гравитацией, которая пытается сформировать как можно больше звезд как можно большей массы, и между излучением, которое буквально сдувает газ и препятствует гравитационному росту. Когда мы смотрим на скопление новорожденных звезд, наши глаза говорят нам, что гравитация победила, так как видим огромное количество массивных звезд.
Но этот вывод обманчив. Для каждой горячей, синей, массивной звезды, которую мы видим, обычно есть сотни или даже тысячи меньших звезд с низкой массой, которые трудно заметить из-за того, что они тусклее и слабее. Но только потому, что они незаметны, это не означает, что они еще не существуют! Три из каждых четырех звезд во Вселенной — это красные карлики: звезды с малой массой от 8% до 40% от массы Солнца, но те звезды, которые легче всего увидеть, на много десятков или даже в сотни раз больше Солнца. Поскольку эти массивные звезды ярко светятся, они сдувают газ, который в противном случае образовывал бы новые звезды. Они не только предотвращают дальнейшее развитие этих звезд с низкой массой, они останавливают гравитационный рост потенциальных звезд.
Если посмотреть на всю массу в молекулярном газовом облаке, прежде чем сформированы звезды, то обнаружится, что 90% ее вещества возвращается в межзвездную среду; только около 10% массы туманности становятся звездами или планетами. Самые массивные звезды образуются очень быстро, а затем в течение миллионов лет сдувают своим излучением оставшийся газ, останавливая возможности дальнейшего звездообразования. Это оставляет в кластере много звезд с малой и промежуточной массой, но также создает большое количество несостоявшихся звезд: сгустки материи, которые никогда не преодолели порог массы, чтобы стать звездой. Эти скопления, несмотря на то, что они никогда не образуются вокруг звезд, достаточно велики и достаточно массивны, чтобы соответствовать геофизическому определению планеты.
Согласно исследованию 2012 года, на каждую вновь образованную звезду существует от 100 до 100 000 планет-кочевников, которые также образовались и блуждают без звезд через межзвездное пространство.
Наша Солнечная система содержит сотни или даже тысячи объектов, которые потенциально соответствуют геофизическому определению планеты, но астрономически исключены только в силу их орбитального расположения. Для каждой звезды, как наше Солнце, есть, скорее всего, сотни несостоявшихся звезд, которые просто не набрали достаточно массы, чтобы вспыхнуть. Это бездомные планеты — или планеты-изгои, которых намного больше, чем планет, подобных нашей, вращающейся вокруг звезды. Эти планеты-изгои чрезвычайно распространены, но из-за того, что они очень далеко и не излучают свет, их чрезвычайно трудно обнаружить.
Пока удалось найти только четырех возможных кандидатов в планеты-сироты. На просторах космоса эти тела, которые не излучают своего собственного видимого света, можно увидеть либо в отражении звездного света, либо если они излучают собственный инфракрасный свет, либо на фоне света звезды, когда планета перекрывает этот свет во время движения.
Наша Галактика содержит около 400 миллиардов звезд, а во Вселенной есть около двух триллионов галактик, поэтому осознание того, что существует около десяти планет для каждой звезды, ошеломляет. Но блуждающих в межзвездном пространстве планет-сирот от 100 до 100 000 раз больше, чем самих звезд.
Лишь небольшой процент из них были выброшены из своей солнечной системы, а подавляющее большинство никогда не знали тепло домашней звезды. Многие из них являются газовыми гигантами, но еще больше, вероятно, будут каменистыми и ледяными, причем многие из них содержат все ингредиенты, необходимые для возникновения жизни. Возможно, когда-нибудь, они получат свой шанс. До тех пор они будут продолжать путешествовать по всей галактике и по всей Вселенной, значительно превосходя головокружительный массив звездных огней, освещающих космос.