В научной фантастике и лженауке часто встречается идея о том, что у Земли есть двойник, который движется по той же орбите, что и наша планета, но всегда скрыт за Солнцем. Это концепция, которая вдохновила художественный фильм 1969 года «Двойник», но это больше фантастика, чем наука. Такая планета была бы нестабильной из-за гравитационного взаимодействия с Солнцем и Землей и со временем сбилась бы с орбиты.
Однако существует другой способ, как две планеты могут иметь общую орбиту, если они находятся в специальных точках, называемых точками Лагранжа. Это такие места, где гравитационное притяжение звезды и более крупной планеты уравновешивают друг друга, создавая относительно стабильные области. Например, на орбите Юпитера есть две такие точки, в которых заселились тысячи астероидов, называемых троянцами.
Двадцать лет назад теоретики предсказали, что в других солнечных системах могут быть не только астероиды, но и целые планеты, занимающие точки Лагранжа. Для того, чтобы проверить это предположение, международная группа ученых провела проект «Троя», в котором использовала Большую миллиметровую/субмиллиметровую решетку Атакама (ALMA) в Чили.
Этот массив из 66 радиотелескопов позволяет собирать радиоизлучение от очень молодых звезд и их окружения.
Одним из объектов наблюдения стала звезда PDS 70, расположенная на расстоянии 370 световых лет от Земли в созвездии Центавра. Эта звезда имеет массу 0,76 масс Солнца и возраст около 5,4 миллионов лет. Вокруг нее образовался протопланетный диск из газа и пыли, из которого вырастают новые планеты. Две из них уже были обнаружены в 2018 и 2019 годах с помощью Сверхбольшого Телескопа Европейской Южной Обсерватории (ESO). Они получили названия PDS 70b и PDS 70c и по размеру и массе сравнимы с Юпитером.
Но самое интересное ждало астрономов в точке Лагранжа рядом с PDS 70b. Там они обнаружили облако обломков, масса которого примерно вдвое превышает массу нашей Луны. Это облако может быть формирующейся планетой или скрывать уже сформировавшуюся. Если это так, то это будет первый случай, когда две планеты делят одну и ту же орбиту вокруг звезды.
Как рождаются троянские планеты
Троянские планеты — необычный тип экзопланет, которые находятся на одной орбите с другой планетой, но в точках Лагранжа.
Такие планеты могут возникать по-разному. Одним из возможных сценариев является захват планеты, которая изначально двигалась по другой орбите, но из-за взаимодействия с другими телами попала в точку Лагранжа. Другим вариантом является формирование планеты из облака обломков, которое собралось в точке Лагранжа из-за гравитационной нестабильности протопланетного диска.
В любом случае троянские планеты должны быть редким явлением, так как для их существования нужны очень специфичные условия. По оценкам ученых, вероятность обнаружения троянской планеты вокруг звезды типа Солнца составляет около 0,01%. Поэтому наблюдение за системой PDS 70 представляет большой интерес для астрономов.
Что мы можем узнать от PDS 70
Система PDS 70 — уникальная лаборатория для изучения процессов формирования планет и их взаимодействия с протопланетным диском. Эта система очень молодая — ей всего около 5 миллионов лет. Это значит, что мы можем наблюдать за планетами PDS 70b и PDS 70c в самом начале их жизни, когда они еще активно растут и меняются.
Планеты PDS 70b и PDS 70c имеют массу примерно в 4 и 5 раз больше массы Юпитера соответственно. Они находятся на расстоянии около 20 и 35 астрономических единиц (а.е.) от своей звезды. Для сравнения: Юпитер находится на расстоянии около 5 а. е., а Нептун — около 30 а. е. от Солнца. Планеты PDS 70b и PDS 70c обращаются вокруг звезды за 120 и 260 лет соответственно.
Планеты PDS 70b и PDS 70c окружены своими собственными дисками из газа и пыли, из которых могут образовываться спутники. Это очень редкое явление, которое никогда раньше не наблюдалось. По словам Мириам Кепплер, исследовательницы из Макс-Планковского института астрономии в Германии и соавтора статьи, это первый случай, когда мы можем непосредственно изучать формирование лун вокруг экзопланет.
Особый интерес представляет облако обломков в точке Лагранжа рядом с PDS 70b, которое может быть формирующейся планетой или скрывать уже сформировавшуюся. Если это так, то это будет первый случай, когда две планеты делят одну и ту же орбиту вокруг звезды. Это может дать нам новые знания о том, как рождаются и развиваются троянские планеты.
Как мы можем проверить гипотезу
Чтобы убедиться, что облако обломков действительно находится на той же орбите, что и PDS 70b, нужно провести дополнительные наблюдения. По оценкам ученых, это потребует около пяти лет. За это время два тела уйдут достаточно далеко по своим орбитам, чтобы можно было построить их траектории и определить их положение относительно друг друга.
Для этого понадобятся мощные инструменты, такие как ALMA или Сверхбольшой Телескоп ESO. С их помощью можно будет получить более четкие изображения системы PDS 70 и измерить параметры планет и облака обломков. Также можно будет изучить химический состав и температуру планет и дисков, а также определить наличие или отсутствие атмосферы у планет.
Если гипотеза о троянской планете подтвердится, то это будет большой научный прорыв, который откроет новые горизонты для изучения экзопланетарных систем. Если же гипотеза окажется ошибочной, то это тоже будет ценный результат, который поможет уточнить наши модели формирования планет. В любом случае система PDS 70 останется одним из самых интересных объектов для астрономов в ближайшие годы.
