Объекты JuMBO в туманности Ориона: Открытие, которое выводит за границы традиционного понимания и звёзд, и планет

Двойные объекты планетарной массы вызывают вопросы о формировании объектов промежуточной массы

В прошлом году астрономы, изучая туманность Ориона с помощью космического телескопа «Джеймс Уэбб» (JWST), обнаружили интересные объекты планетарной массы, свободно плавающие в этой области. Это открытие вызвало сомнения в устоявшихся представлениях о формировании планет и звёзд. Свежие исследования придали новую глубину загадке вокруг этих объектов, которые получили название JuMBO  — двойные объекты массы Юпитера.

JuMBO не являются ни звёздами, ни планетами. Изначально их обнаружил Марк МакКогрин, старший научный советник Европейского космического агентства (ESA) и его коллеги. Эти объекты были замечены в туманности Ориона, которая находится на расстоянии примерно 1350 световых лет от Земли и является местом зарождения новых звезд.

Для дальнейшего изучения JuMBO исследователи воспользовались данными, собранными Очень Большой Антенной Решёткой из 27 радиотелескопов в Национальной радиоастрономической обсерватории США. Из всех 40 обнаруженных JuMBO радиосигналы были зафиксированы лишь у одной пары объектов.

Особый интерес вызывает пара «JuMBO 24». Исследователи отмечают, что оба объекта в этой паре имеют массу, превышающую массу планеты Юпитер в 11 раз. Это делает их самыми массивными объектами данного типа, зарегистрированными JWST. Масса остальных JuMBO превышает массу самой массивной планеты Солнечной системы в промежутке от 3 до 8 раз.

Наблюдаемые радиосигналы JuMBO имели значительно большую интенсивность, по сравнению с радиосигналами, характерными для коричневых карликов. Коричневые карлики  — это объекты, которые имели потенциал стать звёздами, но не набрали достаточно массы для термоядерного синтеза водорода в гелий в своих ядрах, как это происходит с нашим Солнцем. Масса коричневых карликов обычно составляет от 13 до 75 масс Юпитера.

JuMBO представляют собой горячие, газовые и относительно небольшие объекты, существующие парами. Это придаёт им необычность, так как традиционно предполагалось, что лишь массивные звёзды наиболее склонны существовать в двойных системах, а не менее мощные звёздные тела. Около 75% массивных звёзд находятся в двойных системах, причем этот процент падает до 50% для звёзд размером с Солнце и до 25% для самых маленьких звёзд.  Поэтому вероятность обнаружить коричневых карликов в двойных системах приближается к нулю. JuMBO, имеющие массу ниже массы коричневых карликов, не должны были бы существовать в двойных системах, если они были сформированы именно как звёзды.

Но если JuMBO сформированы как звёзды, то само их количество, обнаруженное в Орионе, позволяет предположить, что частота двойных звёздных объектов по какой-то причине значительно увеличивается при массах ниже масс коричневых карликов. Это пока что не получается учесть в моделях звездообразования. 

Если объекты планетарной массы не могут быть объяснены существующими моделями формирования звёзд, то, возможно, они рождаются как планеты. Однако пары JuMBO представляют сложность в объяснении этого факта, если они образовались как планеты из остатков материала в дисках, которые оставили их родительские звёзды.

Известно, что некоторые планеты изгоняются из своих родительских звёздных систем в результате гравитационных эффектов, таких как столкновения с другими звёздными системами. В результате они становятся «планетами-изгоями»  — объектами, лишёнными родительской звезды, также как и JuMBO в туманности Ориона. Однако процесс, порождающий эти «планеты-изгои», должен разрушить гравитационно связанные пары планет.

Исследователи пока не могут объяснить, почему JuMBO оказались в парах. Попытки дать объяснение осложняет то, что некоторые из этих пар находятся на огромном расстоянии друг от друга. Например, одна пара JuMBO находится на расстоянии, в 300 раз превышающем расстояние между Землёй и Солнцем. Другие пары разделены масштабом Солнечной системы, что свидетельствует о слабой гравитационной связи между ними.

Родригес и его коллеги были хорошо знакомы с Орионом, поскольку ранее изучали туманность с помощью Виртуального радиотелескопа (VLA). Итак, когда JuMBO появились в инфракрасных данных JWST, команда решила просмотреть архивные данные радиоволновых наблюдений, чтобы найти радиоволновые аналоги этих объектов.

«Мы взяли данные из архива VLA и откалибровали их и обнаружили JuMBO во всех трёх “эпохах” данных. Мы обнаружили радиоволновые излучения от самой массивной двойной системы JuMBO, но неясно, почему остальные не были обнаружены в радиоволновых наблюдениях», — сказал Родригес.

Команда считает, что другие JuMBO также могут излучать радиоволны, поскольку их компоненты меньше, чем два объекта массой 11 Юпитеров в двойной системе JuMBO 24. Учёные надеются углубить свои знания о JuMBO через создание более глубоких моделей и дальнейшие наблюдения. Одна из гипотез предполагает, что JuMBO движутся быстро, что может указывать на их формирование как планет вокруг звёзд и последующий выброс из системы. В другом случае, JuMBO могут быть образованы из массивных облаков газа и пыли, аналогично звёздам. Любое объяснение подтолкнет к переосмыслению того, как звезды и планеты формируются и развиваются в своих системах.

Родригес опровергает предположения, что радиосигналы от JuMBO 24 свидетельствуют о признаках жизни. Он отмечает, что возможно, при наличии спутников у JuMBO, в их подповерхностных океанах могла бы существовать жизнь, подобная той, что предполагается на Европе, Ганимеде и Энцеладе. Однако, из-за молодости JuMBO (всего несколько миллионов лет по сравнению с 4,6 миллиардами лет у Земли), вероятность развития жизни сейчас низка.

Ученые продолжают изучать JuMBO и их характеристики, чтобы углубить понимание процесса формирования и развития планет. Однако, JuMBO не являются перспективными кандидатами для поиска жизни вне Солнечной системы.

Таким образом, хотя JuMBO могут стать астрономическим открытием 2020-х годов и интересными целями для учёных, которые хотят лучше понять формирование звёзд и планет, они не могут быть целями для поисков жизни за пределами Солнечной системы.