Солнце подбирает пролетающие мимо планеты-изгои. Солнце способно захватывать как небольшие планеты, так и газовые гиганты размером с Юпитер, которые подходят слишком близко; наша звезда затем удерживает их на краю солнечной системы.
Солнечная система способна обмениваться своими ценными планетами-изгоями с теми, которые захвачены ее соседней звездной системой Альфа Центавра. И новые исследования показывают, что сбежавшие миры, принятые солнечной системой, могут вращаться по ее окраинам в течение миллиардов лет, прежде чем приблизиться к солнцу и потенциально вызвать хаос во внутренней солнечной системе.
Ученые уже давно предполагают, что Солнечная система может захватывать пролетающие мимо объекты, такие как кометы и астероиды, собирая их за пределами облака Оорта, которое, как полагают, представляет собой сферическую оболочку из триллионов ледяных тел на внешних границах Солнечной системы.
Иллюстрация планеты-изгоя, вращающейся вокруг Солнечной системы на огромном расстоянии
Однако новое исследование показывает, что эта «область захвата» простирается далеко за пределы облака Оорта, которое находится примерно в двух световых годах от Земли (примерно в 126 000 раз больше расстояния между Землей и Солнцем). Работа также показывает, что наша планетная система способна втягивать тела гораздо большего размера, чем кометы или астероиды.
«Мы обнаружили, что когда объекты захватываются в нашу Солнечную систему, расстояние, на котором они могут быть захвачены, гораздо больше, чем считалось ранее», — рассказал Эдвард А. Белбруно, автор исследования и профессор математики в Университете Йешива, Space.com. «Мы обнаружили, что объекты, которые могут быть захвачены, находятся на расстоянии около 3,81 световых лет, что близко к следующей звездной системе, системе Альфа Центавра».
Хотя наша Солнечная система не смогла бы захватить объект с массой, равной массе Солнца или превышающей ее, поскольку это повлияло бы на гравитационное влияние Солнца, она способна собирать блуждающие планеты с массой, достигающей массы Юпитера, который в тысячу раз менее массивен, чем Солнце.
Диаграмма, показывающая расстояние, на котором наша планетная система может собирать планеты-изгои. NASA/JPL-Caltech/Robert Lea
«Это очень интересный результат», — продолжил Бельбруно.
Планеты-изгои — это миры, которые были выброшены из своих планетарных систем. Это может произойти, когда проходящая звезда нарушает гравитационную стабильность планетарной системы или просто из-за естественных потрясений в молодой звездной системе.
По оценкам, Млечный Путь населен огромным количеством свободно плавающих планет-изгоев. Наша галактика может содержать до квадриллиона (10 с 14 нулями) планет-изгоев, которые были выброшены из своих родных систем и скитаются по Млечному Пути как космические сироты.
В то время как многие исследования посвящены тому, как можно выбросить планеты-изгои, меньше исследований посвящено возможности того, что эти небесные сироты могут найти новый дом.
Дуэт ученых, стоящих за этим исследованием, включая бывшего эксперта НАСА Джеймса Грина, обнаружил нечто удивительное в этом захвате пролетающих планет-изгоев. Грин понял, что на самом деле существуют две гравитационно устойчивые точки, или «точки Лагранжа», в которых может произойти запутывание.
«У вас есть целых два региона, маленькие отверстия, где вещи могут попасть в Солнечную систему в этих двух точках Лагранжа», — сказал Белбруно. «Один указывает на Галактический центр , другой — от него».
На иллюстрации изображена холодная планета-сирота, покрытая льдом из-за отсутствия родительской звезды и не испускающая собственного света. Центр космических полетов имени Годдарда, НАСА
Профессор математики, страстно увлеченный небесной механикой, объяснил, что когда планеты-изгои действительно входят в Солнечную систему через эти отверстия, они сначала начнут очень медленно двигаться вокруг нашего Солнца, удерживаясь на расстоянии около 3,81 светового года в течение примерно 100 миллионов лет. После этого периода они начнут спиралевидно двигаться внутрь, процесс, который может занять миллиарды лет.
Белбруно объяснил, что один интересный фактор, который он и Грин обнаружили относительно этой миграции, заключается в том, что новое дополнение к солнечной системе будет вращаться по орбите по схеме, называемой «фрактальной кривой». Это математическая кривая с формой, которая повторяет ту же схему нерегулярности по мере ее увеличения. Известным примером этого является множество Мандельброта. «Вы получаете эти действительно круто выглядящие кривые, особенно по мере того, как объект приближается все ближе и ближе к месту захвата», — объяснил Белбруно.
Белбруно объяснил, что для захвата планеты-изгоя Солнцу нужно будет лететь с относительно низкой скоростью в несколько сотен миль в час. Это очень быстро по земным меркам, но это космическая скорость, учитывая, что были обнаружены убегающие объекты планетарной массы, движущиеся со скоростью свыше 1,2 миллиона миль в час (1,9 миллиона километров в час).
Низкие скорости этих захваченных планет-изгоев означают, что может существовать настоящий резервуар таких объектов, вращающихся вокруг Солнца в течение миллиардов лет (на расстоянии до 3,81 светового года).
Иллюстрация множества Мандельброта, возможно, самого известного фрактала. Вольфганг Бейер
А что произойдет, если захваченная планета-изгой проберется в Солнечную систему? Ну, Бельбруно сказал, что этот эффект будет зависеть от размера и массы этой планеты.
«Предположим, что этот мир был размером с Юпитер и влетел в Солнечную систему», — сказал он. «Объект размером с Юпитер, влетевший в нашу Солнечную систему, в каком-то смысле вызвал бы резкое смещение орбит. Это немедленно повлияло бы на динамику движения Земли вокруг Солнца, и это определенно повлияло бы на жизнь на этой планете».
«Не исключено, что некоторые планеты Солнечной системы могут выйти из-под контроля».
Конечно, планета-изгой может никогда не добраться до внутренней части Солнечной системы. Как упоминалось выше, вращение вокруг Солнца на расстоянии 3,81 светового года приведет захваченную планету-изгоя очень близко к Альфе Центавра, которая может поймать своих собственных изгоев и удерживать их на расстоянии.
«Гравитация нашей солнечной системы близка к гравитации Альфы Центавра, поэтому это будет означать, что зона захвата Альфы Центавра очень близка к зоне нашего собственного солнца», — сказал Белбруно. «Эти две системы полностью перекрываются с точки зрения гравитационного воздействия, и это означает, что движение объектов туда и обратно было бы очень и очень естественным».
В настоящее время работа ученых основана на математическом моделировании, при этом Белбруно отмечает, что, поскольку планеты-изгои излучают мало света, обнаружить одну из них за облаком Оорта будет чрезвычайно сложно.
Одним из полезных факторов в поиске является тот факт, что Белбруно и Грин точно определили два места захвата, а эти точки Лагранжа являются естественным местом для начала охоты за усыновленными сиротскими планетами. Такой поиск в настоящее время может быть за пределами возможностей телескопической технологии, хотя космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST) мог бы, вероятно, обнаружить тепловые излучения такого мира в инфракрасном свете.
«Многие объекты могут находиться там в удерживающих схемах, как бы вращаясь по спирали вокруг Солнца», — заключил Белбруно. «Если они придут, то не смогут выбраться — даже если они вошли в Солнечную систему 4 миллиарда лет назад. Определенно возможно, что там уже есть захваченные планеты-изгои.