Астрономы могли открыть планету за пределами нашей галактики

Признаки планеты, проходящей мимо звезды за пределами галактики Млечный Путь, возможно, были обнаружены впервые. Этот интригующий результат, полученный с помощью рентгеновской обсерватории НАСА Чандра, открывает новое окно для поиска экзопланет на больших расстояниях, чем когда-либо прежде.

Возможный кандидат в экзопланету находится в спиральной галактике Мессье 51 (M51), которую также называют галактикой Водоворот из-за ее характерного профиля.

Экзопланеты определяются как планеты за пределами нашей Солнечной системы. До сих пор астрономы находили все другие известные экзопланеты и кандидаты в экзопланеты в галактике Млечный Путь, почти все они находятся на расстоянии менее 3000 световых лет от Земли. Экзопланета в M51 будет на расстоянии около 28 миллионов световых лет, то есть в тысячи раз дальше, чем те, что находятся в Млечном Пути.

«Мы пытаемся открыть совершенно новую арену для поиска других миров путем поиска планет-кандидатов в рентгеновских лучах, стратегия, которая позволяет обнаруживать их в других галактиках», — сказала Розанна Ди Стефано из Центра астрофизики | Гарвардский и Смитсоновский (CfA) в Кембридже, Массачусетс, который руководил исследованием, опубликованным в журнале Nature Astronomy.

Этот новый результат основан на транзитах, событиях, при которых прохождение планеты перед звездой блокирует часть света звезды и вызывает характерное падение. Астрономы, использующие как наземные, так и космические телескопы — например, те, что использовались в миссиях НАСА Kepler и TESS — искали провалы в оптическом свете, электромагнитное излучение, которое люди могут видеть, что позволило открыть тысячи планет.

Вместо этого Ди Стефано и его коллеги искали провалы в яркости рентгеновских лучей, полученных от ярких двойных рентгеновских лучей. Эти светящиеся системы обычно содержат нейтронную звезду или черную дыру, втягивающую газ из близко вращающейся звезды-компаньона. Материал вблизи нейтронной звезды или черной дыры перегревается и светится в рентгеновских лучах.

Поскольку область, излучающая яркие рентгеновские лучи, мала, планета, проходящая перед ней, может блокировать большую часть или все рентгеновские лучи, что облегчает обнаружение прохождения, поскольку рентгеновские лучи могут полностью исчезнуть. Это могло бы позволить обнаруживать экзопланеты на гораздо больших расстояниях, чем текущие исследования прохождения оптического света, которые должны иметь возможность обнаруживать крошечные уменьшения света, потому что планета блокирует только крошечную часть звезды.

Команда использовала этот метод для обнаружения кандидата в экзопланету в двойной системе под названием M51-ULS-1, расположенной в M51. Эта двойная система содержит черную дыру или нейтронную звезду, вращающуюся вокруг звезды-компаньона, масса которой примерно в 20 раз больше массы Солнца. Прохождение рентгеновского излучения, которое они обнаружили с использованием данных Chandra, длилось около трех часов, в течение которых рентгеновское излучение уменьшилось до нуля. Основываясь на этой и другой информации, исследователи оценивают, что кандидат в экзопланету в M51-ULS-1 будет примерно размером с Сатурн и вращаться вокруг нейтронной звезды или черной дыры примерно на расстоянии вдвое большем, чем Сатурн, от Солнца.

Хотя это заманчивое исследование, потребуется больше данных, чтобы подтвердить интерпретацию как внегалактическая экзопланета. Одна из проблем заключается в том, что большая орбита планеты-кандидата означает, что она больше не будет пересекаться перед своим двойным партнером в течение примерно 70 лет, что препятствует любым попыткам подтверждающих наблюдений в течение десятилетий.

«К сожалению, чтобы подтвердить, что мы видим планету, нам, вероятно, придется ждать десятилетия, чтобы увидеть еще один транзит», — сказала соавтор Ниа Имара из Калифорнийского университета в Санта-Круз. «И из-за неопределенности относительно того, сколько времени потребуется на орбиту, мы не будем точно знать, когда искать».

Может ли затемнение быть вызвано облаком газа и пыли, проходящим перед источником рентгеновского излучения? Исследователи считают это маловероятным объяснением, поскольку характеристики события, наблюдаемого в M51-ULS-1, не соответствуют прохождению такого облака. Однако модель кандидата на планету согласуется с данными.

«Мы знаем, что делаем захватывающее и смелое заявление, поэтому ожидаем, что другие астрономы очень внимательно изучат его», — сказала соавтор Джулия Берндтссон из Принстонского университета в Нью-Джерси. «Мы думаем, что у нас есть веские аргументы, и именно так работает наука».

Если в этой системе существует планета, вероятно, у нее была бурная история и жестокое прошлое. Экзопланета в системе должна была пережить взрыв сверхновой, в результате которого образовалась нейтронная звезда или черная дыра. Будущее тоже может быть опасным. В какой-то момент звезда-компаньон также может взорваться как сверхновая и снова взорвать планету с чрезвычайно высоким уровнем радиации.

Ди Стефано и ее коллеги искали рентгеновские транзиты в трех галактиках за пределами галактики Млечный Путь, используя как Chandra, так и XMM-Newton Европейского космического агентства. Их поиск охватил 55 систем в M51, 64 системы в Мессье 101 (галактика «Вертушка») и 119 систем в Мессье 104 (галактика «Сомбреро»), в результате чего был найден единственный кандидат на экзопланеты, описанный здесь.

Авторы будут искать в архивах Chandra и XMM-Newton больше кандидатов в экзопланеты в других галактиках. Значительные наборы данных Chandra доступны по крайней мере для 20 галактик, включая такие, как M31 и M33, которые намного ближе, чем M51, что позволяет обнаруживать более короткие транзиты. Еще одно интересное направление исследований — поиск транзитов рентгеновских лучей в источниках рентгеновского излучения Млечного Пути для открытия новых близлежащих планет в необычных условиях.

Другими авторами этой статьи в Nature Astronomy являются Райан Уркхарт (Университет штата Мичиган), Роберто Сориа (Университет Китайской академии наук), Винай Кашап (CfA) и Терон Кармайкл (CfA). Центр космических полетов им. Маршалла НАСА руководит программой Chandra. Рентгеновский центр Чандра Смитсоновской астрофизической обсерватории контролирует научные исследования из Кембриджа, штат Массачусетс, и полеты из Берлингтона, штат Массачусетс.