Життя в потоці: учені з'ясували ключовий фактор виживання планет, у тому числі й нашої

Як еволюція зоряних скупчень визначає долю екзопланет?

Більшість відомих нам екзопланет обертається навколо так званих зірок поля, а не всередині зоряних скупчень. Це створює певну наукову загадку: чи є дефіцит планет у скупченнях результатом гравітаційних збурень, які руйнують системи, чи це просто обмеження наших методів спостереження? Відповідь на це питання дала команда науковців, чиє дослідження з'явилося 8 травня на сервері препринтів arXiv. Це означає, що результати поки що не пройшли рецензування незалежними вченими.

Дивіться також Новий шлях до Марса знайшли випадково: він скорочує час подорожі вдвічі 

У скупченнях з високою щільністю зірок виявити планету вкрай важко через ефект скупченості, коли світло від сусідніх об'єктів заважає ізолювати окрему зірку. Проте зірки майже не народжуються поодинці, а отже, кожна система на початку свого шляху проводить певний час у щільному середовищі.

Група дослідників, серед яких Джеремі Дж. Вебб з Департаменту науки, технологій та суспільства Йоркського університету, провела детальне моделювання, щоб з'ясувати, як планети виживають під час "розчинення" скупчень в окремі зоряні потоки.

Зоряний потік – це структура, що утворюється, коли внутрішні процеси (зоряна еволюція, релаксація) та зовнішні сили (припливне обдирання) змушують скупчення розпадатися. Щільність у таких потоках значно нижча, що робить їх ідеальними майданчиками для пошуку екзопланет.

Результати симуляцій, опубліковані в окремому файлі, показали чіткий зв'язок між розташуванням зорі в потоці та станом її планет.

Наші симуляції демонструють, що зорі з раннім часом втечі зі скупчення, як правило, зберігають усі свої планети, оскільки вони проводять більшу частину часу, обертаючись у малонаселених околицях скупчення, 
– прокоментували автори дослідження.

Такі зірки сьогодні опиняються на краях зоряного потоку. Навпаки, світила, що знаходяться в центрі потоку, – це ті, що покинули скупчення останніми. Вони тривалий час перебували в густому ядрі, де гравітаційні впливи сусідів могли викинути планети з системи або змінити їхні орбіти на сильно витягнуті чи нахилені, що впливає на можливість підтримки життя на поверхні.

Як проаналізував 24 Канал, дослідження показало, що виживання планет залежить і від їхньої віддаленості від материнської зорі:

• Внутрішні планети на відстані 10 – 20 астрономічних одиниць зазвичай залишаються на своїх місцях навіть у щільних середовищах, хоча в 10 відсотках випадків їхні орбіти все ж зазнають змін.
• А от зовнішні світи, розташовані на відстані близько 2000 астрономічних одиниць, мають лише 20 відсотків шансів залишитися зв'язаними зі своєю зорею, якщо вона тривалий час перебувала в центрі скупчення.
• Цікаво, що для планет на відстані до 40 астрономічних одиниць ймовірність виживання становить понад 80 відсотків незалежно від місця зірки в потоці.

Чому це важливо для нас і що це говорить про нашу власну систему?

Отримані дані дозволяють по-новому поглянути і на історію нашої Сонячної системи. Щоб зберегти майже кругові та копланарні орбіти планет, Сонце, ймовірно, мало велику початкову орбітальну відстань у своєму рідному скупченні або покинуло його невдовзі після формування.

Хоча моделювання допускає винятки, коли системи в центрі скупчень дивом уникають катастрофічних зіткнень, загальна тенденція вказує на те, що найбільш "незаймані" планетні системи варто шукати саме на краях зоряних потоків.

Ця робота підтверджує, що зоряні потоки є вікном у минуле, яке дозволяє зрозуміти динамічну історію планетних систем у Всесвіті. Астрономам, які використовують такі інструменти, як телескоп TESS, варто зосередитися на зірках на периферії потоків, де ризик забруднення світлом від інших об'єктів мінімальний, а шанси знайти цілісну планетну систему – найвищі.

Картину доповнюють попередні дослідження: Сонце могло бути не самотнім, але куди подівся його компаньйон

Ідея про те, що Сонце колись мало зорю-компаньйона, існує в астрономії вже кілька десятиліть. Найвідоміша версія цієї гіпотези отримала назву "Немезида" або Nemesis. Вона передбачає, що у Сонця міг бути зоряний супутник, який обертався навколо нього мільйони років тому. У різні періоди ця теорія то ставала популярною, то майже повністю відкидалася, але останні дослідження знову повернули інтерес до неї, пише ScienceAlert.

Перші серйозні наукові розмови про "Немезиду" почалися у 1980-х роках. Тоді деякі вчені звернули увагу на нібито циклічність масових вимирань на Землі. Вони припустили, що приблизно кожні 26 мільйонів років у внутрішню частину Сонячної системи потрапляє велика кількість комет із хмари Оорта – гігантської області крижаних тіл далеко за межами орбіти Плутона. Причиною цього міг бути гравітаційний вплив невідомої зорі-компаньйона Сонця. Саме її і назвали "Немезидою", зазначає Science News.

За цією гіпотезою, "Немезида" могла бути червоним або коричневим карликом – дуже тьмяною зорею, яку складно помітити навіть сучасними телескопами. Передбачалося, що під час проходження через зовнішні області Сонячної системи вона дестабілізувала орбіти комет, тому частина цих тіл врізалася у Землю. Саме так намагалися пояснити падіння астероїда, який міг спричинити вимирання динозаврів приблизно 66 мільйонів років тому, пише Space.

Однак із часом ця конкретна версія почала втрачати підтримку. Астрономи провели масштабні інфрачервоні огляди неба за допомогою телескопів 2MASS і WISE. Якщо б поруч із Сонцем існувала прихована карликова зоря, ці інструменти мали б її знайти. Але жодного переконливого кандидата не виявили. NASA навіть прямо заявляло, що доказів існування зорі-компаньйона Сонця немає.

Відродження теорії

Попри це, у 2017 році з'явилося нове дослідження, яке частково "реабілітувало" саму ідею подвійного Сонця. Астрономи Сара Садавой і Стівен Сталер проаналізували молоді зорі у молекулярній хмарі Персея – регіоні активного зореутворення приблизно за 600 світлових років від Землі. Вони дійшли висновку, що майже всі зорі, схожі на Сонце, народжуються парами, йдеться в статті на сайті Центру астрофізики при Гарвард-Смітсонівському інституті.

Дослідники використали статистичні моделі та спостереження радіотелескопів. Результати показали, що молоді зорі значно частіше утворюються у подвійних системах, ніж поодинці. Це означає, що Сонце теж могло з'явитися разом із компаньйоном приблизно 4,6 мільярда років тому. Але згодом ця пара могла розпастися через гравітаційний вплив інших зір у зоряному скупченні, де народилося Сонце.

Тобто сучасна версія гіпотези вже не обов'язково стверджує, що "Немезида" досі десь поруч і періодично атакує Землю кометами. Натомість мова йде про те, що в ранній молодості Сонце могло бути частиною подвійної системи, але його компаньйон давно віддалився і загубився серед мільярдів зір Чумацького Шляху.

Ця ідея добре узгоджується із загальною картиною Всесвіту. Астрономи давно знають, що подвійні та кратні зоряні системи дуже поширені. За різними оцінками, понад половина всіх зір у галактиці мають компаньйонів. Наприклад, найближча до нас зоряна система Альфа Центавра складається одразу з трьох зір. Тому саме Сонце, яке здається одинаком, може бути радше винятком, ніж правилом.

Доказів немає

Водночас важливо розуміти, що прямих доказів існування колишнього "близнюка" Сонця досі немає. Це не встановлений факт, а наукова гіпотеза, яка базується на статистиці формування зір і комп'ютерних моделях. Астрономи не знають, якою саме була ця зоря, якої маси вона була і де зараз може перебувати. Також немає підтверджень, що вона взагалі впливала на Землю чи масові вимирання, пише OUP Academic.