Доказано, что неподалеку от нас есть планета в зоне обитания и с тремя солнцами.Миры с несколькими солнцами на небе резко перепрыгнули со страниц научно-фантастических романов в научные журналы. Казалось, совсем недавно — осенью астрономы огорошили мир, сообщив об открытии планеты с двумя солнцами. Новое открытие еще невероятнее: найден потенциально обитаемый мир, в небе которого висят сразу три солнца.
Хотя в последние годы астрономы избаловали жителей Земли валом экзопланет, открытых при помощи космического телескопа Kepler и используемого им метода транзитов (о котором «Детали мира» рассказывали в № 3), планета с тремя солнцами найдена не так. Более того, можно смело утверждать, что телескоп имени Кеплера не может достоверно открывать планеты. Зато при помощи спектрометрического измерения радиальной скорости звезды это сделать вполне возможно. Метод заключается в отслеживании малейших качаний звезд, вызванных вращением планет вокруг них.
Планеты, выявленные методом транзитов, имеют статус кандидатов (потемнение звезды может вызвать, например, вращение пятен), и открытие их требуется проверить независимым методом. Так что тысячи «кеплеровских» планет формально остаются кандидатами. Для спектрометрического (или еще говорят «доплеровского») метода проверка не нужна. Это связано с тем, что если невидимый объект вызывает слабые качания звезды, то это либо планета, либо в редких случаях — несостоявшаяся звезда, коричневый карлик. Других объяснений пока нет. Так что «доплеровский» метод остается самым надежным и продуктивным.
Чтобы использовать его, нужно всего лишь какое-то время снимать спектр звезды при помощи спектрографа, установленного на оптический телескоп. Через какое-то время становится заметно, что линии отдельных элементов сдвигаются то в красную, то в синюю область. По этому сдвигу можно точно определить абсолютное изменение скорости звезды, которое происходит на луче зрения. Таким способом на сегодня открыто около семисот экзопланет. Среди них — и газовые гиганты, и твердые суперземли, вращающиеся на различных орбитах.
Именно таким способом и были открыты планеты у звезды GJ 667C, удаленной от Солнца всего на 22 световых года. Звезда относится к классу красных карликов (класс М) — маленьких и холодных звезд. Они излучают мало света, иногда в тысячи раз меньше Солнца.
Возмущения в движении испытывают все звезды, вокруг которых вращаются планеты:
они тем больше, чем больше масса планеты. К примеру, движение Земли заставляет Солнце колебаться вокруг общего центра масс со скоростью 8 см/с. Планета-гигант размером с Юпитер оставляет куда более значительные возмущения — около 10 м/с. Правда, чтобы обнаружить их, следить за звездой необходимо минимум 11 лет. На сегодня самые точные приборы наземных телескопов (спектрографы) по смещению линий в спектре способны отследить качания звезд со скоростью не меньше 1-3 м/с. Такой точности достаточно, чтобы находить суперземли (твердые планеты массой в 3-10 масс Земли), вращающиеся на тесных орбитах вокруг легких звезд, например, красных карликов.
Если построить график зависимости лучевых скоростей звезды (на луче зрения «наблюдатель-звезда») от времени, то в случае одной планеты получится кривая, похожая на синусоиду. При этом период ее будет равен периоду вращения планеты. В общем случае, если планет много и они разные, звезда принимает участие в куда более сложном движении, так что кривая лучевых скоростей становится более замысловатой. Тогда задача обнаружения планет сводится к «подгонке» — поиску такого набора планет с определенными массами и орбитами, который может вызвать наблюдаемое движение звезды.
В период между 2004 и 2008 годами звезду «проверяли на планеты» при помощи 3,6-метрового телескопа Европейской южной обсерватории на горе Ла-Силья (Чили). Спектр звезды снимали на спектрографе HARPS (дословно — «высокоточный искатель планет по радиальной скорости» — High Accuracy Radialvelocity Planet Searcher). Точность лучевых скоростей при измерении на этом приборе достигает 0,97 м/с (3,5 км/ч). С такой высокой точностью работает всего два спектрометра в мире. На основе полученных данных в 2009 году астрономы объявили, что вокруг звезды вращается планета с периодом обращения всего 7,2 дня. Ею оказалась суперземля в 5,2 массы Земли — твердая, но, судя по близости к звезде, экстремально раскаленная планета.
В 2011 года ученые под руководством Гиллема Англада-Зскуде (Guillem Anglada-Escud ) из Института Карнеги (США) повторно проследили за звездой. Как раз при помощи другого спектрографа, установленного на 6,5-метровом телескопе «Магеллан» в Чили. Анализ сложной кривой лучевых скоростей показал, что помимо первой планеты у звезды есть еще одна — с периодом обращения 28 суток. Вторая планета (GJ 667Cc) также оказалась суперземлей с массой как минимум 4,5 массы Земли, но уже гораздо более удаленной от звезды.
ДРУГИЕ МЕТОДЫ ОТКРЫТИЯ ЭКЗОПЛАНЕТ
ГРАВИТАЦИОННОЕ ЛИНЗИРОВАНИЕ
Если две звезды и Земля оказываются на одной линии, то гравитация средней звезды может кратковременно усилить и исказить свет далекой. Если же у средней имеется планета, вычислить ее присутствие можно по характерным признакам, которые вносит ее гравитация в эффект линзирования. Зтот метод наиболее чувствителен к планетам земной массы. С его помощью обнаружено 14 планет в 13 экзопланетных системах.
ПРЯМЫЕ НАБЛЮДЕНИЯ
Изредка экзопланеты удается найти не по косвенным признакам, а методом прямых наблюдений — когда существующую или формирующуюся внутри протопланетного диска планету находят на снимке звезды. На сегодня этим методом открыты три десятка планет.
ТАЙМИНГ ПУЛЬСАРОВ
Иногда планеты находят вблизи пульсаров — быстро вращающихся нейтронных звезд. В такой системе и была впервые найдена планета за пределами Солнечной системы. Произошло это в 1992 году.
Вращаясь, пульсар излучает в пространство строго периодические радиоимпульсы. Если на орбите вокруг пульсара вращается планета, она заставляет нейтронную звезду двигаться, что отражается в доплеровском смещении радиоволн.
Поскольку доплеровский сдвиг радиоволн астрономы умеют измерять довольно точно, этот метод позволяет находить самые легкие планеты — в десять раз легче Земли. На сегодня этим методом найдено 16 планет.
ЗОНА ОБИТАНИЯ
Область вокруг звезды, внутри которой на планете температурные условия наиболее близки к земным.
Считается, что при таких условиях вода на поверхности может находиться в жидком состоянии, что может способствовать зарождению жизни.
Границы зоны весьма условны — ее ширина зависит от наличия и состава атмосферы, а также от отражательной способности планеты.
Правда, хотя расстояние от планеты до ее звезды почти в 10 раз меньше, чем от Земли до Солнца (всего 15 млн км), освещенность, создаваемая звездой, составляет лишь 90% от того света, что Солнце дает Земле.
Но есть один аргумент в пользу того, что планета попадает в зону обитаемости — область орбит, внутри которой на планете можно встретить не только лед или пар, например, но и воду. Все дело в свете, излучаемом хилой звездой GJ 667C: большая часть его спектра приходится на инфракрасное (тепловое) излучение, которое интенсивно поглощается планетой. «Эта планета — наилучший кандидат на то, чтобы нести на себе воду и, возможно, жизнь в том виде, в каком мы ее знаем», — пояснил Англада-Зскуде.
ПЕРВАЯ «НОРМАЛЬНАЯ»
Первой экзопланетой, открытой возле «нормальной» звезды (самая первая экзопланета была открыта рядом с нейтронной звездой), является «горячий юпитер», вращающийся у звезды 51 Пегаса. Планета была открыта в 1995 году пионером экзопланетных исследований швейцарским астрономом Мишелем Майором (Michel Mayor). Тогда-то и был впервые опробован метод доплеровской спектроскопии — покачивание звезды выдало присутствие планеты с орбитальным периодом 4,2 суток.
Точнее сказать, какие условия царят на открытой планете, пока нельзя. Ряда параметров не хватает. Зона обитания — понятие довольно условное: тепловой баланс планеты зависит от альбедо (отражательная способность), а также наличия и состава атмосферы. Тем не менее астрономы счастливы. «Открытие этой планеты убедительно доказывает, что наша стратегия в выборе красных карликов для поиска потенциально обитаемых планет оказалась верной и успешной», — заявил Надер Хагигипур (Nader Haghighipour) из Гавайского университета в Маноа.
О свойствах новой планетной системы «Деталям мира» рассказал Стивен Вогт из Калифорнийского университета в Санта-Крузе, осенью 2010 года объявивший об обнаружении первой пригодной для жизни планеты Gliese 581g. Та планета, тоже обнаруженная доплеровским методом, наделала много шума, особенно, когда оказалось, что ее открытие подтвердить невозможно: оно, грубо говоря, «высосано» из приборного шума.
«Планетная система звезды GJ 667C очень стабильна. Наши динамические расчеты показали, что она просуществует в таком виде как минимум 25 млн лет», — рассказал Вогт.
Звезда GJ 667C — не одиночна, что делает находку еще ценнее. Она гравитационно связана с парой звезд, находящихся в 230 а.е. от нее. По сути, на планетах GJ 667Cb и GJ 667Cc встают три солнца — одно близкое и горячее и два далеких и холодных. Но две другие звезды слишком далеко и не влияют на границы зоны обитаемости звезды GJ 667C, говорит Вогт.
Важно также и то, что все эти три солнца содержат мало «металлов» (так астрономы называют все (!) элементы тяжелее водорода и гелия). Ранее считалось, что землеподобные планеты из тяжелых элементов вблизи малометалличных звезд — редкость для Вселенной. Но открытие американских астрономов показало, что они могут встречаться повсеместно.
Как рассказал Вогт, астрономы продолжают улучшать доплеровский метод: «Сейчас мы достигли точности в 1 м/c за наблюдение. Однако точность обнаружения планетного сигнала растет как квадратный корень из числа независимых наблюдений. Так что если у вас есть 100 наблюдений, точность может возрасти в 10 раз, и вы можете зафиксировать сигнал в 10 см/c — примерную скорость, с которой Земля заставляет двигаться Солнце», — добавил он. Поэтому настоящие поиски Новой Земли только начинаются.