Протопланетные диски «предсказали» появление у Солнца нескольких межзвездных объектов в год

Астрономы проанализировали данные о первом межзвездном астероиде Оумуамуа и информацию о протопланетных дисках и кольцах у других звезд, собранную обзором DSHARP, и пришли к выводу, что за год в Солнечную систему могут попадать несколько объектов, сопоставимых по размеру с Оумуамуа, и более ста межзвездных метеороидов размером более метра. Авторы исследования, принятого к публикации в Astrophysical Journal Letters, полагают, что эти объекты могут «катапультировать» в межзвездное пространство планеты-гиганты, «внедренные» в протопланетные диски.

Первый межзвездный объект в Солнечной системе был открыт в 2017 году с помощью телескопа Pan-STARRS — это был объект Оумуамуа, который первоначально считался кометой, однако потом был «разжалован» в астероиды, поскольку не проявлял заметной кометной активности. Впрочем, дальнейшие наблюдения за его траекторией показали, что тело испытывает заметное дополнительное ускорение. Его наиболее вероятная причина — реактивная сила струй газа и пыли, в которое превращаются летучие вещества на поверхности при приближении к Солнцу, то есть эффект «дегазации», хорошо известный у комет. В конце августа астроном Геннадий Борисов открыл новый межзвездный объект, который был явной кометой. После подтверждения открытия гость получил наименование C/2019 Q4 (Borisov), которое затем было заменено на «межзвездный» индекс 2I/Borisov.

Хотя один или даже два объекта — слишком мало, чтобы делать выводы о распространенности этих тел, некоторые астрономы сделали такие оценки. В частности, Константин Батыгин и Грегори Лафлин (Gregory Laughlin) пришли к выводу, что в Галактике должно быть 2 × 1026 таких объектов, а их средняя плотность должна составлять около 1 тела на объем в 100 кубических астрономических единиц.

Теперь Лафлин и его коллега, аспирант Йельского университета Малена Райс (Malena Rice) решили выяснить, какие механизмы могут вышвыривать тела в межзвездное пространство, и какая у них может быть «производительность».

Ученые отмечают, что на ранних стадиях формирования планетных систем в галактическое пространство могут выбрасываться планетезимали — «зародыши» планет. Происходить это может, например, при сближении двух звезд, вокруг одной из которых формируется планетная система. Еще один сценарий — воздействие планет-гигантов. Однако, как пишут исследователи, математическое моделирование показывает, что горячие юпитеры на близких к светилу орбитах или суперземли не в силах катапультировать тела в межзвездное пространство. Чтобы планета смогла работать катапультой, число Сафронова Θ (отношение квадратов второй космической скорости и скорости движения по орбите) у нее должно быть больше или равно единицы. На эту роль лучше всего подходят планеты с массой Нептуна или больше на относительно далеких расстояниях от светила — порядка 5 астрономических единиц, но подходящих кандидатов среди экзопланет очень мало.

Лафлин и Райс решили не искать такие планеты непосредственно, а проанализировать данные о протопланетных дисках, собранные в рамках проекта DSHARP (Disk Substructures at High Angular Resolution Project) обсерватории ALMA. Хотя с помощью этой установки нельзя разглядеть сами планеты, об их присутствии можно судить по разрывам — расчищенным от пыли кольцам внутри протопланетных дисков. На основе этих данных ученые построили математическую модель, которая предсказывала «производительность» таких систем.

Согласно полученным результатам, одна система с подходящей планетой-катапультой может выбрасывать в межзвездное пространство около 1,47 масс Земли за 10 миллионов лет. Это дает оценку плотности «свободных тел» в Галактике на уровне 0,09 масс Земли на кубический парсек.

Ученые отмечают, что открытие Оумуамуа стало возможным благодаря тому, что этот объект подошел на достаточно близкое расстояние к Земле — на дистанцию менее 5 астрономических единиц. По их оценкам, после ввода в строй нового обзорного телескопа LSST, который сможет обнаруживать такие тела на большей дальности, астрономы смогут открывать за год чуть менее десятка межзвездных тел размером с Оумуамуа (около 200 метров), и до сотни объектов размером более метра.

Ранее астрономы смогли получить спектры первой межзвездной кометы — она оказалась похожа на кометы Солнечной системы. Мы также делали подробный материал о внесолнечных объектах, которые фиксируются астрономами в космосе, регистрируются межпланетными зондами или сгорают в земной атмосфере.