Катастрофа планетарного масштаба

Итак, знакомимся с действующими лицами драмы. Коричневый карлик 2M1207 спектрального класса M8 (его можно увидеть хорошо вооружённым глазом в созвездии Центавр) и его небольшой компаньон — планета 2M1207b. Последняя уже несколько лет как мучает учёных своими загадками. И вот теперь новейшее исследование позволило предположить: странные особенности данного объекта объясняются тем, что он рождён в результате совсем недавнего столкновения двух планет. Но обо всём по порядку.

Об этой паре СМИ широко заговорили в 2004-м. Тогда астрономам удалось впервые в истории не просто обнаружить экзопланету, но и получить непосредственный фотопортрет системы, то есть — самой планеты на фоне своей родительской звезды. И то, что светило это (2M1207) в данном случае было не полноценной звездой, а лишь коричневым карликом (массу которого тогда оценили в 25 масс Юпитера), дела не меняло.

Один из непосредственных снимков системы 2M1207Ab: экзопланета видна в левом нижнем углу, рядом с коричневым карликом (фото ESO).

В 2005-м анализ новых снимков сенсационной пары доказал, что это действительно планетная система, а не результат лишь визуального наложения двух удалённых друг от друга космических тел, оказавшихся почти на одном луче зрения. Если судить по массам объектов, впрочем, систему можно было бы назвать не планетной, а двойной. Один объект — коричневый карлик с массой в 25 Юпитеров, а второй — в 8.

Правда, в конце 2005 года астроном Эрик Мамажек (Eric Mamajek) из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics) установил, что 2M1207 находится чуть ближе к нам, чем считалось ранее.

Расстояние до этого объекта было определено как 172 световых года (вместо прежнего числа — 228), соответственно наблюдаемые объекты имели меньшую, чем полагали учёные, светимость, а их массы пришлось пересмотреть в сторону уменьшения. И сейчас считается, что 2M1207A "весит" как 21 Юпитер, а 2M1207b — как 5 Юпитеров.

Недавно эти 172 световых года были подтверждены другими методами измерений, да только ясности относительно природы этой "сладкой парочки" не прибавилось. Напротив, стали ещё ярче некоторые странности. Температура, яркость, возраст и местоположение 2M1207b не совпадают ни с какой теорией, ни с какими представлениями о формировании планет у звёзд.

Система 2M1207Ab в представлении художника. Хорошо виден предполагаемый некоторыми исследователями пылевой диск (иллюстрация ESO).

"Это столь странный объект, что он нуждается и в странном объяснении", — говорит Мамажек.

Дело в том, что возраст коричневого карлика 2M1207A составляет всего 8 миллионов лет. Соответственно его планета — не сильно моложе. А по существующим моделям планета-гигант такого возраста уже должна была остыть до температуры ниже 1 тысячи кельвинов. Однако измеренная астрономами температура 2M1207b составляет примерно 1600 кельвинов.

Теперь Эрик Мамажек и Майкл Мейер (Michael Meyer) из университета Аризоны (University of Arizona) выдвинули гипотезу, объяснившую эту "лишнюю" температуру.

Просто данное космическое тело не успело остыть после столкновения и слияния двух планет, которые его, собственно, и сформировали. По расчётам учёных, 1600 кельвинов должны были "рассеяться" в пространстве за 100 тысяч лет, и температура этой планеты-гиганта упала бы до величины, которую предписывает ей теория. А это значит, что столкновение планет случилось по космическим меркам совсем недавно.

Если бы 2M1207A и его система были бы намного старше (скажем, как Солнце и его планеты), шанс на совпадение эпохи быстрого остывания той странной планеты и нашего времени был бы совсем призрачным. Мы наблюдали бы 2M1207b уже холодной и ломали бы голову над её положением, размерами и массой.

Кстати о последних. Тут тоже есть нестыковки. Скажем, отталкиваясь от температуры поверхности и других измеренных параметров, астрономы посчитали яркость, которую должна иметь эта планета. Однако в окулярах телескопов она выглядит в 10 раз тусклее предсказываемого моделями. Почему?

Столкновение двух молодых планет в системе 2M1207, породившее планету 2M1207b (иллюстрация David A. Aguilar/Harvard-Smithsonian CfA).

В 2006-м астрономы выдвинули гипотезу, что коричневый карлик окружён пылевым диском, затеняющим планету-гигант. А ещё, чтобы увязать все параметры этой двойной системы, исследователи сформулировали гипотезу об одновременном формировании 2M1207A и 2M1207b путём уплотнения материала космического облака. Так, как формируются обычно кратные звёзды.

У Мамажека и Мейера есть другое объяснение феномену низкой яркости планеты. 2M1207b гораздо меньше по размеру, чем считается сейчас — утверждают исследователи. Они высчитали, что радиус этого гиганта составляет 50 тысяч километров (немного "скромнее", чем у Сатурна). Потому, мол, планета светит слабо — просто у неё площадь поверхности меньше, чем полагали астрономы ранее.

Отталкиваясь от значения типичной средней плотности планет гигантов, авторы данной работы подсчитали, что масса феноменальной планеты составляет всего четверть массы Юпитера (или 80 масс Земли), а не 3-5 и тем более 8 Юпитеров, как утверждалось в предыдущих исследованиях.

Надо сказать, что в пору молодости Солнечной системы сближения и столкновения планет, похоже, были делом более-менее обычным. Об этом говорят раскиданные миры на внешних её границах.

О том же свидетельствует и Луна: наиболее популярная и отработанная гипотеза гласит, что она возникла при ударе тела размером приблизительно с половину Марса или с Марс по "новорождённой" Земле.

Столкновение молодой Земли и другой планеты, которое привело к образованию Луны (иллюстрация William K. Hartmann).

Аналогичным образом, к слову, родился Харон. Да и сильный наклон оси вращения Урана тоже говорит о косом ударе по нему крупного космического тела.

Ещё надо сказать, что 160 миллионов лет назад в Солнечной системе столкнулись два астероида диаметром 40 и 170 километров (отголосок той катастрофы дошёл до Земли).

А уж в пору юности нашей планетной семьи такие "безобразия" случались, наверное, сплошь и рядом. Большие планеты сильно влияли друг на друга и на окружающую их "мелочь". И ряд миров имел совсем не те орбиты, что имеет сейчас. Например, недавно было установлено, что Уран и Нептун дважды поменялись орбитами.

Вернёмся, впрочем, к рождению Луны. "По Земле ударил объект в одну десятую её массы, и, вероятно, другие планеты в нашей Солнечной системе испытали аналогичные катастрофы, включая Венеру и Уран, — говорит Мейер и продолжает. — Если предположить, что эта закономерность распространяется и на другие звёздные миры, можно сказать, что в 2M1207 мы видим последствие столкновения молодых планет, с массами в 72 и 8 масс Земли".

Может, подобные коллизии в первые миллионы лет жизни планетарных систем не так уж редки? История планеты 2M1207b — не единственное тому подтверждение. Мы рассказывали, что в созвездии Овна две планеты столкнулись всего тысячу лет назад. Правда, тела эти были скалистые, размером всего-то с Землю. Потому удар вызвал не слияние их в новый объект, как в системе 2M1207, а разрушение планет и образование плотного пылевого кольца.

Мамажек также добавляет, что горячие планеты, только-только остывающие после колоссального столкновения и слияния, могут оказаться ещё одним классом космических тел, которые вскоре начнут обнаруживать астрономы, когда вступят в строй новые, более зоркие телескопы. Такие как "семизеркальный" Giant Magellan.

"Даже если мы не правы (в отношении 2M1207b), я не удивлюсь, если кто-то найдёт такой надёжно доказанный случай за следующие 10 лет", — заявил исследователь.