Свободно плавающих планет больше, чем вращающихся вокруг звезд
Категория: ЭкзопланетыМетодом гравитационного микролинзирования обнаружено, что на каждую звезду приходится около 21 свободно плавающих планет.
Владислава Ананьева
Единственным методом, позволяющим обнаруживать свободно плавающие планеты и другие не светящиеся тела (например, одиночные черные дыры), является гравитационное микролинзирование. Еще в 2011 году коллаборация MOA объявила о наблюдении нескольких очень коротких (длящихся всего несколько часов) событий микролинзирования, вызванных объектами планетных масс. Эти события микролинзирования не показывали признаков наличия близкой звезды, а значит, обнаруженные планеты не принадлежали никакой звезде и свободно плавали в диске Галактики, или же, по крайней мере, находились на очень широких орбитах (были удалены от своих звезд более чем на ~10 а.е.). Дальнейшие наблюдения подтвердили вывод о наличии в Галактике обширной популяции свободно плавающих планет.
16 марта 2023 года в Архиве электронных препринтов появилась статья, посвященная оценкам распространенности свободно плавающих планет. Авторы проанализировали наблюдения, собранные коллаборацией MOA в период с 2006 по 2014 год. 1.8-метровый телескоп MOA II с полем зрения 2.18 квадратных градусов вел наблюдения галактического балджа, где звездная плотность наиболее велика. Из 3535 событий микролинзирования на одиночной линзе, зафиксированных коллаборацией, 10 событий имели продолжительность меньше 1 суток, а 13 показывали явно выраженный эффект конечных размеров источника (это происходит, когда звезда-источник достаточно велика, чтобы ее нельзя было считать точечным объектом – например, в случае, когда звезда-источник является красным гигантом). Эффект конечных размеров источника позволяет измерить радиус Эйнштейна объекта-линзы.
Построив модели балджа с разным количеством свободно плавающих планет и сравнив результаты расчетов с наблюдениями, авторы нашли, что на каждую звезду в среднем приходится 21 +23/-13 свободно плавающих планет с массами от 0.033 до 6660 масс Земли. Полная масса свободно плавающих планет, приходящихся на одну звезду, оценивается в 80 +73/-47 масс Земли. Распределение свободно плавающих планет по массам аппроксимируется степенным законом с показателем степени, близким к -2: dN/dM ~ M-1.96 +0.27/-0.47.
Наблюдение события микролинзирования не позволяет отличить реальные свободно плавающие планеты от планет, находящихся достаточно далеко от своих звезд, но обращающихся вокруг них, подобно Нептуну в Солнечной системе. Однако и тут возможны некоторые оценки. Опираясь на наблюдения двойных линз (систем звезда + планета), авторы оценили среднюю распространенность удаленных, но связанных планет с массами в диапазоне 0.033–6660 масс Земли в 1.1 +0.6/-0.3 на одну звезду. Это означает, что большинство свободно плавающих планет действительно являются свободно плавающими. Более того, количество свободно плавающих планет может быть в 5.8 +6.4/-3.8 раз больше, чем совокупное количество планет, вращающихся вокруг каких-либо звезд!
Для подтверждения этого неожиданного вывода необходимы новые наблюдения, которые авторы надеются получить после запуска космического телескопа им. Нэнси Роман (WFIRST).
Источник: https://arxiv.org/pdf/2303.08280.pdf