Американские учёные из NASA разработали амбициозный план поиска планет-изгоев — загадочных миров, свободно дрейфующих в Млечном Пути без привязки к звёздам. Ключевым инструментом станет космический телескоп «Нэнси Роман», запуск которого намечен на октябрь 2026 года с началом научной программы в мае 2027 года. Исследование, опубликованное на портале arXiv, обещает революцию в изучении этих одиноких объектов, которых в нашей галактике могут быть триллионы. Рассказываем, как «Нэнси Роман» изменит наше понимание планет-изгоев и почему эти миры так важны.

Что такое планеты-изгои?

Планеты-изгои, или свободно плавающие планеты (free-floating planets, FFP), — это объекты планетарной массы, не связанные гравитационно с какой-либо звездой. Они могут:

  • Формироваться в протопланетных дисках молодых звёздных систем, но быть выброшены из-за гравитационных взаимодействий с другими планетами или звёздами.
  • Возникать самостоятельно, подобно звёздам, из коллапса газопылевых облаков, но без достаточной массы для запуска термоядерных реакций (такие объекты называют субкоричневыми карликами).

По оценкам, в Млечном Пути таких миров может быть от миллиардов до триллионов — возможно, в 20 раз больше, чем звёзд (100–400 млрд). Они варьируются от небольших, с массой меньше Земли (0,1 M⊕), до газовых гигантов (>100 M⊕), подобных Юпитеру. Маленькие планеты указывают на «мягкие» выбросы из систем, тогда как массивные свидетельствуют о катастрофических событиях, вроде столкновений звёзд в кластерах.

«Эти миры — как космические странники, лишённые звёздного дома. Их изучение расскажет, как формируются планетные системы», — говорит Самсон Джонсон, аспирант Университета штата Огайо.

Почему их сложно найти?

Планеты-изгои не излучают свет и не отражают звёздные лучи, что делает их почти невидимыми для традиционных телескопов. Единственный эффективный метод их обнаружения — гравитационное микролинзирование, основанное на теории Эйнштейна:

  • Когда планета проходит перед фоновой звездой, её масса искривляет пространство-время, усиливая свет звезды на короткое время (от часов до дней).
  • Такие события редки, уникальны (повторных не бывает) и требуют наблюдения миллионов звёзд.

Наземные проекты, такие как OGLE (Optical Gravitational Lensing Experiment) и MOA (Microlensing Observations in Astrophysics), обнаружили лишь около десятка планет-изгоев, включая OGLE-2016-BLG-1928 — объект размером с Марс, найденный в 2020 году. Короткие события микролинзирования (41,5 минуты для OGLE-2016-BLG-1928) сложно уловить из-за атмосферных помех.

Роль телескопа «Нэнси Роман»

Космический телескоп «Нэнси Роман», названный в честь Нэнси Грейс Роман, «матери Хаббла», оснащён 2,4-метровым зеркалом и двумя инструментами:

  • Широкоугольный инструмент (WFI): камера на 300,8 Мп с полем зрения 0,28 кв. градуса (в 100 раз больше, чем у «Хаббла»), работающая в видимом и ближнем инфракрасном диапазоне (0,48–2,3 мкм).
  • Коронограф (CGI): для прямой съёмки экзопланет, но менее важен для поиска изгоев.

Телескоп разместится в точке Лагранжа L2 (1,5 млн км от Земли) и проведёт обзор галактического балджа (центральной области Млечного Пути), где плотность звёзд максимальна. Его преимущества:

  • Чёткость из космоса: отсутствие атмосферных искажений, в отличие от наземных телескопов.
  • Широкий обзор: наблюдение миллионов звёзд одновременно.
  • Непрерывность: месяцы непрерывного сканирования одной области неба.

Ожидается, что «Нэнси Роман» обнаружит от 250 до 400 планет-изгоев с массами от Марса (0,1 M⊕) до Юпитера, включая ~60 объектов земной массы. Это в 10 раз точнее текущих оценок, которые варьируются от десятков миллиардов до триллионов.

Как это работает?

Телескоп будет искать микролинзирование в рамках Galactic Bulge Time Domain Survey:

  • События: вспышки яркости звёзд, длящиеся от нескольких часов (для малых планет) до десятков дней (для газовых гигантов).
  • Измерения: длительность события и форма кривой блеска позволяют оценить массу объекта. Совместные наблюдения с наземными телескопами, такими как PRIME (1,8-метровый телескоп в Южной Африке), помогут точно определить расстояние и массу благодаря эффекту параллакса.
  • ИИ: программа RAMjET, разработанная NASA, будет фильтровать данные в реальном времени, выделяя только значимые события из миллионов звёзд.

Миссия CLEoPATRA, запускаемая одновременно с «Нэнси Роман», усилит точность измерений масс, возможно, впервые определив массу планеты-изгоя с высокой точностью.

Зачем изучать планеты-изгои?

Эти миры — ключ к пониманию формирования планетных систем:

  • Механизмы выброса: частота маломассивных изгоев покажет, насколько типичны «мягкие» гравитационные взаимодействия в молодых системах.
  • Катастрофы: массивные изгои указывают на слияния звёзд или динамические разрушения систем.
  • Космическая демография: данные «Нэнси Роман» уточнят функцию масс свободно плавающих планет, раскрыв, какие массы преобладают и как они распределены в галактике.
  • Жизнь?: некоторые учёные, вроде Ирины Романовской, предполагают, что спутники крупных изгоев могут сохранять жидкую воду за счёт внутреннего нагрева, как Европа у Юпитера.

Кроме того, телескоп проверит гипотезу о первичных чёрных дырах как источниках микролинзирования, что может объяснить часть тёмной материи.

Что дальше?

После запуска в 2026 году «Нэнси Роман» начнёт 5-летнюю миссию, которая:

  • Найдёт сотни планет-изгоев, уточнив их численность и массы.
  • Сравнит данные с наблюдениями телескопа «Джеймс Уэбб», уже обнаружившего изгоев в туманности Ориона.
  • Проверит, есть ли звёзды-компаньоны на больших расстояниях (>8 а.е.), чтобы исключить «ложных» изгоев.

Результаты миссии перепишут учебники по планетологии, показав, насколько уникальна наша Солнечная система. Как отмечает Наоки Кощимото из Университета Осаки: «Роман позволит изучить эти миры детальнее, чем когда-либо».

Заключение

Телескоп «Нэнси Роман» откроет новую эру в изучении планет-изгоев, обнаружив сотни одиноких миров в Млечном Пути. Используя микролинзирование, ИИ и совместные наблюдения с Земли, он раскроет их массы, распределение и происхождение, ответив на вопросы о формировании планет и, возможно, тёмной материи. Эти тёмные странники — ключ к космической истории.