Астрономы впервые стали свидетелями столкновения двух планет 

Фото из открытых источников

В результате открытия впервые в реальном времени задокументировано столкновение двух экзопланет посредством анализа сильных флуктуаций в свете их звезды-хозяина — явление, которое астрономы надеялись наблюдать годами.

Анастасиос Цанидакис из Вашингтонского университета просматривал архивные данные телескопа за 2020 год, когда наткнулся на, казалось бы, ничем не примечательную звезду, которая вела себя необычайно странно. Этот объект, каталогизированный как Gaia20ehk, расположен примерно в 11 000 световых годах от Земли, недалеко от созвездия Король.

Это была стабильная звезда главной последовательности, очень похожая на наше Солнце, что обычно означало бы, что её световое излучение должно быть постоянным и предсказуемым. Однако данные показали, что звезда начала непредсказуемо мерцать.

Цанидакис объяснил, что кривая блеска звезды оставалась плоской и неизменной до тех пор, пока, начиная с 2016 года, не были обнаружены три значительных падения ее яркости. Ситуация стала хаотичной примерно в 2021 году, когда звезда, по его словам, «совершенно сошла с ума». Исследователь подчеркнул исключительный характер этого события, напомнив, что звезды, подобные Солнцу, просто не ведут себя таким образом, что заставило команду задуматься о том, что же на самом деле происходит.

Как выяснилось после тщательного анализа, причина этого мерцания не имела ничего общего с самой звездой. Причина заключалась в огромном количестве камней и пыли, которые, казалось, появились из ниоткуда и вращались внутри системы, проходя перед далекой звездой и частично и неравномерно приглушая свет, достигающий наших приборов. Наиболее вероятным источником такого огромного количества обломков оказалось еще более поразительное событие: катастрофическое столкновение двух планет.

Сам Цанидакис выразил удивление по поводу способности различных телескопов зафиксировать это столкновение в тот самый момент, когда оно произошло, отметив, что существует очень мало записей о столкновениях планет любого рода, и ни одна из них не имеет столько сходства со столкновением, которое, как считается, привело к образованию системы Земля-Луна. Возможность наблюдения подобных моментов в других частях галактики, добавил он, предоставила бы бесценную информацию о формировании нашего собственного мира. Подробный анализ звезды был опубликован в The Astrophysical Journal Letters.

Процесс формирования планет включает в себя гравитационное притягивание вещества — будь то пыль, газ, лед или каменистые обломки — на орбиту вокруг новообразованной звезды. Солнечные системы на ранних стадиях своего развития представляют собой хаотичные среды, где планеты часто сталкиваются и взрываются или выбрасываются в космос. Именно благодаря этому бурному процессу, продолжающемуся примерно сто миллионов лет, системы, подобные нашей, в конечном итоге уменьшают количество планет и достигают состояния равновесия.

Несмотря на предполагаемую частоту этих столкновений, для их непосредственного наблюдения в далёкой Солнечной системе требуется необычное сочетание терпения и удачи. Планетарные орбиты должны располагать тела точно между звездой и нами, так чтобы обломки от столкновения частично блокировали свет звезды. Характерное мерцание, возникающее в результате, также длится несколько лет.

Ведущий автор исследования Джеймс Дэвенпорт из Вашингтонского университета подчеркнул характер работы Цанидакиса, которая использует данные, собранные за десятилетия, для обнаружения медленно развивающихся явлений — астрономических историй, разворачивающихся в течение десятилетия. Дэвенпорт отметил, что лишь немногие исследователи ищут явления таким образом, а это значит, что многие потенциальные открытия остаются в пределах досягаемости.

В качестве главного исследователя Цанидакис сосредоточил свои исследования на экстремальной изменчивости звезд во времени. В предыдущем исследовании он уже идентифицировал систему, состоящую из двойной звезды и большого пылевого облака, которая вызвала семилетнее затмение. Однако поведение Gaia20ehk представляло собой беспрецедентную загадку. Специфический характер флуктуаций звезды, характеризующийся кратковременными падениями яркости, за которыми следует хаотический период, никогда ранее не наблюдался. Команда зашла в тупик, пока Дэвенпорт не предложил использовать данные с другого телескопа для поиска инфракрасного, а не видимого света.

Сравнение оказалось весьма показательным. Цанидакис заметил, что кривая блеска в инфракрасном диапазоне была полной противоположностью кривой блеска в видимом диапазоне. В то время как видимый свет начал мерцать и тускнеть, инфракрасное излучение пережило внезапный всплеск. Это свидетельство указывало на то, что вещество, блокирующее звезду, имело чрезвычайно высокую температуру, вплоть до свечения в инфракрасном диапазоне. Столкновение планет катастрофического характера, безусловно, могло бы генерировать достаточно тепла, чтобы объяснить это энергетическое излучение. Более того, соответствующий тип столкновения мог бы также объяснить первоначальные падения яркости, которые были обнаружены.

Цанидакис выдвинул гипотезу, что такое начальное поведение является результатом постепенного сближения двух планет по роковой спирали. На начальной фазе происходит серия касательных столкновений, которые не генерируют большого количества инфракрасной энергии. Позже происходит окончательное катастрофическое столкновение, после которого инфракрасное излучение резко возрастает.

Есть также признаки того, что это столкновение поразительно похоже на то, которое, по оценкам, привело к образованию Земли и Луны примерно четыре с половиной миллиарда лет назад. Образовавшееся пылевое облако вращается вокруг Gaia20ehk на расстоянии примерно одной астрономической единицы, что соответствует расстоянию между Землей и Солнцем. На таком расстоянии материал может в конечном итоге остыть достаточно, чтобы затвердеть и дать начало чему-то подобному нашей системе Земля-Луна. И Цанидакис, и Дэвенпорт понимают, что они не смогут подтвердить это, пока пыль не осядет в этой системе, а этот процесс может занять от нескольких лет до нескольких миллионов.

Тем временем это открытие служит призывом к действию для обнаружения большего количества столкновений подобного рода. Мощный телескоп Simonyi Survey Telescope, установленный в обсерватории имени Веры К. Рубин и финансируемый Национальным научным фондом и Министерством энергетики США, становится идеальным инструментом для этой задачи, когда в конце этого года начнется его «Наследие в пространстве и времени». Приблизительные расчеты, проведенные Дэвенпортом, показывают, что Рубин сможет обнаружить до ста новых столкновений в течение следующего десятилетия. Этот огромный объем данных в конечном итоге может помочь сузить круг поиска обитаемых миров за пределами нашей Солнечной системы.

Дэвенпорт размышлял о редкости события, приведшего к появлению Земли и Луны, — вопросе, который он считает фундаментальным для астробиологии. Луна, по-видимому, является одним из тех волшебных компонентов, которые делают Землю пригодным для жизни местом, помогая защитить её от некоторых астероидов, вызывая океанические приливы и климатические изменения, которые позволяют глобальному смешиванию химических и биологических процессов, и даже потенциально влияя на тектоническую активность плит. В настоящее время частота этих динамических процессов неизвестна, но регистрация большего количества столкновений, подобных наблюдаемому сейчас, позволит начать отвечать на этот вопрос.