Планети для нас – газові гіганти або тверді світи, що обертаються на орбіті батьківської зірки. І поки йдуть зірки, Чумацький Шлях усіяний сотнями мільярдів таких планет, включаючи і нашу власну, єдину і поки неповторну Землю. І у кожної планети, в принципі, власна і теж унікальна історія народження і життя. Деякі з них масивні і яскраві, інші маленькі і тьмяні; деякі народилися пару мільйонів років тому, інші можуть позмагатися віком з самого Всесвіту. Але є одна спільна риса, якої ми наділяємо всі ці планети: сонячна система. Як показала місія Кеплера і інші пошуки екзопланет, якщо хочеш знайти планети – просто ткнути пальцем в зірку і оглянувши її: навколо неї ти знайдеш на одну, а цілу систему планет.
І все ж – на додаток до зірок і всіх тіл, які навколо них обертаються, – повинно бути безліч планет, не прив’язаних до центральної зірки взагалі: планет-ізгоїв. Вчені вважають, що це справедливо для будь-якого місця Всесвіту, від невеликих зоряних скупчень і міжзоряного простору до ядер гігантських галактик. Наскільки нам відомо, в космосі беззоряної планет не менш, ніж самих зірок – а може, і більше. З цього випливає, що на кожну точку світу, який ви бачите, є набагато більше масивних точок, які ви не бачите, тому що вони не випускають видимого світла.
Завдяки спостереженням, ми виявили цілий ряд можливих кандидатів в блукаючі планети.«Кандидат» – це важливе слово; ми не можемо бути впевнені, що ці планети правдиві, оскільки у нас немає хорошої техніки підтвердження даного факту. Навіть з нашим найкращим сучасним обладнанням їх так складно виявити, що ми повинні мати на увазі наявність набагато більшого числа світів, ніж ми вже знайшли. Але ми дещо вже знайшли і можемо робити висновки. Звідки ж беруться ці планети-мандрівники?
Один з переконливих джерел всіх цих планет знаходиться поруч з нами, і ми їм дуже дорожимо.
Ми знаємо, як утворюються сонячні системи: після того як гравітаційний колапс створює регіон космосу, в якому запалюється синтез, навколо центральної зірки збирається протопланетарного диск. Гравітаційні пертурбації регулярно з’являються в цьому диску, залучаючи більше і більше речовини зі свого оточення, в той час як тепло новоствореної центральної зірки повільно видуває найлегший газ в міжзоряне середовище. Згодом гравітаційні збурення переростають в астероїди, тверді планети і газові гіганти.
Але справа в тому, що ці світи не тільки обертаються навколо своєї зірки, а й гравітаційно стягують один одного. Згодом ці планети мігрують в найбільш стабільні конфігурації, яких можуть досягти: найпотужніші світи займають свої найстабільніші місця, часто жертвуючи іншими світами поменше. Що відбувається з «програли» в космічній битві за планетарне перевага? Вони поглинаються в процесі злиття, падають на Сонце або викидаються з сонячної системи в міжзоряний простір.
Недавнє моделювання показало, що на кожну багату планетами сонячної системи, на зразок нашої власної (з газовими гігантами), буде викинутий як мінімум один газовий гігант – в міжзоряне середовище, де буде приречений блукати по галактиці мандрівної планетою-ізгоєм. При цьому число твердих світів поменше, викинутих з системи, може досягати 5-10.Це, в принципі, і є найбільше джерело планет-ізгоїв, і в нашій власній галактиці напевно є сотні мільярдів таких.
Особливо кумедно те, що коли вчені проводять теоретичні розрахунки, викинутих планет з юних сонячних систем виявляється в два рази менше, ніж очікуване число блукаючих планет. Звідки ж тоді вони беруться? Щоб зрозуміти, звідки береться більшість беззоряної планет, нам треба поглянути ширше на один час: не тільки коли утворилася наша Сонячна система, а й на скупчення зірок (і зоряних систем), які утворилися в один час.
Зоряні скупчення утворюються в процесі повільного колапсу холодного газу, здебільшого водню, і, як правило, беруть початок в уже існуючій галактиці. Глибоко в колапсуючої хмарах утворюються гравітаційні нестабільності і перші, найпотужніші нестабільності, притягують все більше і більше матерії. Коли досить матерії збирається в невеликій області простору і щільність з температурою в ядрі стають досить високими, починається ядерний синтез і утворюються зірки.
Але народжується не одна зірка і зоряна система, а їхні збори, оскільки кожне хмара, яке колапсує з утворенням нової зірки, містить досить речовини, щоб утворити багато зірок.Разом з цим відбувається дещо. Найбільша утворена зірка також найгарячіша і сама блакитна, тобто випромінює саме іонізуюче, ультрафіолетове випромінювання. І ця зірка починає одну з найактивніших гонок, щоб зайняти своє місце в космосі.
Якщо заглянути в звездообразующую туманність, можна побачити два процеси, що протікають одночасне:
- Гравітація намагається стягнути матерію в напрямку цієї юної, зростаючої гравітаційної надщільного
- Випромінювання випалює нейтральний газ і виштовхує його назад в міжзоряне середовище
Хто переможе?
Відповідь залежить від того, що вважати перемогою. Найбільші гравітаційні надщільного утворюють найбільші, гарячі і блакитні зірки – але такі зірки надзвичайно рідкісні.Надщільного поменше (все ще великі) утворюють інші зірки, але в міру зменшення маси їх стає все більше і більше. Саме тому, коли ми заглядаємо глибоко в скупчення молодих зірок, легко побачити найяскравіші (блакитні або інші) зірки, але їх значно перевищують в числі жовті (і червоні) зірки з масою менше.
Якби не радіація, яку випромінюють юні зірки, ці тьмяні, червоні і жовті зірки продовжували б зростати, ставали б масивніше і яскравіше, розгорялися б сильніше. Зірки (в головній послідовності) бувають різних типів, від O-зірок (найгарячіші, великі і блакитні) до M-зірок (найменші, холодні, червоні і маломасивні). І хоча більшість зірок – ¾ – доводиться на зірки M-класу, і менше 1% всіх зірок припадає на зірки O- або B-типу, загальна маса двох останніх типів зірок порівнянна із загальною масою зірок M-типу.Потрібно близько 250 зірок M-класу, щоб зрівнятися за масою з O-зіркою.
Як виявилося, близько 90% оригінального газу і пилу, які були в цій звездообразующей туманності, видувається в міжзоряне середовище і не йде в освіту зірок. Найпотужніші зірки утворюються швидше і починають видувати матеріал з туманності. Всього за пару мільйонів років матеріалу залишається все менше, і нові зірки припиняють формуватися.Газ, що залишився з пилом повністю вигорають.
І тепер найцікавіше. Не тільки зірки M-класу – з масою між 8% і 40% сонячної – представляють собою найпоширеніший у Всесвіті тип зірок. Є багато більше того, що могло бути зірками M-класу, якби зірки з великою масою випалили зайвий матеріал.
Іншими словами, на кожну утворилася зірку є набагато більше невдалих зірок, які просто не набрали критичну масу: і таких зірок може бути від десятків до сотень тисяч на кожну утворилася зірку.
Тільки уявіть: наша власна Сонячна система містить сотні або навіть тисячі об’єктів, які потенційно задовольняють геофізичного визначення планети, але були астрономічно виключені лише в силу своєї орбітальної позиції. А тепер уявіть, що на кожну зірку на кшталт нашого Сонця припадають сотні невдалих зірок, які просто не набрали достатньо маси, щоб запустити синтез в ядрі. Це і є бездомні планети – чи блукаючі планети – яких набагато більше, ніж планет на зразок нашої, що обертаються навколо зірок. Планети-сироти можуть бути з атмосферою або без, і виявити їх надзвичайно важко, особливо найдрібніші. Але вдумайтеся: на кожну планету на зразок нашої в галактиці може бути до 100 000 планет, які не тільки не обертаються навколо зірки зараз, а й ніколи не оберталися.Знайти їх досить складно.
Так що, хоч у нас може бути кілька планет, викинутих з юних сонячних систем, і навіть жменька таких світів в галактиці родом з Сонячної системи, переважна більшість всіх планет в галактиці ніколи не трималися за зірки. Планети-ізгої борознять галактику, приречені на вічне блукання в темряві, і ніколи не дізнаються тепла батьківської зірки. Їх потенційні батьки, можливо, навіть і зірками ніколи не стали. У галактиці може бути квадрильйон таких мандрівних світів, які ми ще навіть відкривати толком не почали.
