Фабрика планет. Экзопланеты и поиски второй Земли

Чтобы предсказать местоположение Нептуна, астрономам пришлось изучить отклонения орбиты Урана на всем ее протяжении при обращении планеты вокруг Солнца. В отличие от Нептуна, период обращения Седны и ее товарищей, движущихся по эллиптическим траекториям, составляет от 1000 до 10 000 лет, а значит, наблюдать мы можем лишь крошечную часть их орбит. Из-за этого определить точное местоположение «планеты Х» при движении по орбите не представляется возможным. Искать ее придется по всему небу, а это задача не из легких.

Существование предполагаемой «планеты Х» могло бы помочь разгадать загадку необычного расположения самых далеких карликовых миров. Но каким образом могла бы сформироваться такая планета? За исключением области у снеговой линии, где количество твердых частиц резко возрастает, плотность протопланетного диска уменьшается по мере удаления от центральной звезды. Собрать столько материала, сколько нужно для формирования планеты массой в 10 земных на расстоянии, в 20 раз превышающем расстояние от Солнца до Нептуна, чрезвычайно трудно. Возможно, «планета Х» была заброшена сюда проходящей звездой, но самое простое объяснение: ее вытолкнули наши газовые гиганты.

Если изначально «планета Х» была ядром пятого газового гиганта, она могла быть выброшена к краю системы в процессе формирования четырех его газовых собратьев. В этом случае возникает та же проблема, что и при объяснении происхождения Седны и 2012 VP₁₁₃

: вытолкнутая при рассеивании планета должна обращаться по эллиптической орбите, возвращаясь в точку рассеивания. Однако «планета Х» точно не проходит вблизи области, занимаемой газовыми гигантами. Возможно, все дело в сопротивлении газа в протопланетном диске. Если «планета Х» была выброшена до того, как газ улетучился, при движении по своей новой эллиптической траектории ей пришлось бы продираться через вращающийся диск. Учитывая значительную разницу в скорости окружающего газа и самой планеты, на последнюю должна была действовать мощная сила сопротивления. В отличие от небольших Седны и Плутона, «планета Х» должна была обладать такой гравитацией, которой хватило бы, чтобы при взаимодействии с газом ее орбита снова стала круговой, несмотря на удаленность от Солнца.

В отдаленных областях Солнечной системы газ в протопланетном диске должен был быть разреженным. Было ли его достаточно, чтобы вернуть «планету Х» на круговую траекторию? Добиться этого непросто, но у нас есть другой пример, доказывающий, что такая ситуация возможна.

В 2008 г. у молодой звезды HR 8799 были обнаружены три газовых гиганта. Находясь на расстоянии 129 световых лет от нас в созвездии Пегаса, эти планеты сохраняют тепловую энергию, накопившуюся в процессе формирования, и потому отлично видны в инфракрасном диапазоне. Благодаря хорошо различимому спектру излучения они доступны для прямого наблюдения. Таким образом, это первая многопланетная система, обнаруженная методом прямого наблюдения. В течение следующего года к планетному трио добавилась еще одна планета. В итоге мы имеем дело с системой, состоящей из четырех газовых гигантов.

Все четыре собрата представляют собой огромные миры. Их массы в 7–10 раз превышают массу Юпитера, то есть они значительно массивнее любого объекта в Солнечной системе. Кроме того, они обращаются вокруг своей звезды на расстоянии 15–70 а.е., что приблизительно соответствует расстоянию от Урана до областей Солнечной системы, далеко выходящих за пределы пояса Койпера. Но главное не это, а то, что, судя по всему, движутся они по круговым орбитам.

Хотя четыре планеты обращаются ближе к своей звезде, чем Седна и ее соседи, их гигантский размер исключает возможность их формирования в том месте, где они находятся сейчас. Объяснить их происхождение можно несколькими разными способами — от миграции во внешнюю часть планетной системы из богатого материалом внутреннего диска до формирования в результате гравитационной неустойчивости в диске. Согласно еще одной гипотезе, четыре собрата могли быть выброшены на вытянутые орбиты во внешней части системы при взаимодействии с другой планетой. Если при этом молодые планеты по-прежнему находились в протопланетном газовом диске, рассеявшая их планета вполне могла мигрировать во внутреннюю область к звезде, что сделало невозможным дальнейшее взаимодействие. После этого при перемещении по оставшемуся газовому диску эллиптические траектории выброшенных планет постепенно стали круговыми.