Як у «Зоряних війнах»: чи можливе життя на планеті з двома сонцями

Під час детальних спостережень у рамках програми пошуку планет WASP Європейські астрономи виявили новий коричневий карлик під час транзиту його зіркою. Нещодавно знайдений об'єкт, позначений у каталозі як WASP-128b, має одну істотну особливість, його приливні взаємодії з зіркою постійно змінюються. Відкриття докладно описано у документі, опублікованому 19 липня на сайті arXiv.org.

Коричневі карлики вважаються проміжним етапом між планетами та зірками. Астрономи в цілому згодні з тим, що вони є субелементарними об'єктами, що займають діапазон від 13 до 80 мас Юпітера. На сьогоднішній день більшість виявлених коричневих карликів самотні в космічному просторі. Однак у деяких коричневих карликів існують орбітальні зірки, і, що примітно, 16 відсотків таких зірок мають більш масивних компаньйонів, ніж Юпітер, але всього 1 відсоток з них можна віднести до розряду коричневих карликів.

Крім того, було виявлено, що лише кілька коричневих карликів обертаються навколо зірок G-типу. Вважається, що такі об'єкти в G-карлічних системах зазнають швидкого орбітального розпаду через невловиму приливну дисипацію. Розширення списку відомих карих карликів у таких системах могло б допомогти у вивченні різних моделей еволюції.

Нещодавно група астрономів на чолі з Ведадом Ходзічем з Університету Бірмінгема, США виявила новий коричневий карлик. Транзитний сигнал на кривій блиску зірки WASP-128 був ідентифікований з використанням 0,6-метрового телескопа роботизованого TRAPPIST і 1,2 м телескопа Ейлера, розташованого в обсерваторії ESO La Silla в Чилі. Наступні спектроскопічні спостереження цієї зірки підтвердили, що сигнал був викликаний масивним навколозоряним супутником, що обертається довкола господаря.

«Ми повідомляємо про відкриття WASP-128b, нового транзитного коричневого карлика, виявленого в ході обстеження WASP, на близькій орбіті G0V, де виміряна швидкість обертання зіркової системи дозволяє її охарактеризувати як систему з динамічним припливом, що свідчить про наявність сильних припливних зв'язків між цією «, - пишуть дослідники у своїй статті.

WASP-128b має розміри Юпітера (0,94 радіуса Юпітера), але у 37,5 разів більше, ніж найбільша планета нашої Сонячної системи. Він змушує обертатися навколо нього свою батьківську зірку і здійснювати повний обіг кожні 2,2 дні.

Більше того, дослідники виявили, що WASP-128b поступово розширюється і згідно з підрахунками «жити» йому залишилося близько 267 мільйонів років.

Астрономи зазначили, що це значення схоже на те, що є у деяких масивних «гарячих Юпітерів» екзопланет, що знаходяться на коротких орбітах.

При цьому зірка-господиня розташована приблизно в 1375 світлових роках від Землі і на 16 відсотків більше і масивніше Сонця. Вона має постійну температуру 5950К, передбачуваний вік близько 2,3 мільярда років та період обертання близько 2,93 дня. Як наголошується в документі, така швидкість обертання вказує на припливне розкручування, яке відбувається через його потужний компаньйон.

подобається( 9 ) не подобається( 8 )

У п'ятому видання своєї книги Всесвіт, життя та розум’’:
""Іншими словами, якщо враховувати досить малі значення відносиниM2/M1, то вийде, що практично всі зірки сонячного типу, або кратні, або оточені сім'єю планет. Якщо умовно покласти, що максимальна маса планети дорівнює 10 -3 мас Сонця (Юпітер!), то вийде, що ~ 10 % всіх зірок типу Сонця мають планетні системи. На нашу думку, незважаючи на порівняльну бідність використаного статистичного матеріалу, дослідження Абта і Леві є найкращим з усіх існуючих обґрунтуванням множинності планетних систем для зірок сонячного типу.""

Іншими словами в ті часи вважалося, що система може складатися з кількох зірок, або з однієї зірки з планетами. Сучасні дослідження показали, що це припущення помилково - у системах із кількох зірок теж можуть бути планети. Тому в цій частині я коротко опишу відкриття у цій галузі.

Існують два типи таких планетних систем. Перший тип, коли планети обертаються навколо кожної зірки системи. Для наочності це можна продемонструвати на такій схемі:

ЛітероюP позначена планета, літерамиA іB окремі зірки зірковий подвійний. .

Приклад такої системи наведено на самому початку, як кадр із фантастичного фільму. У ньому показано планету (де розгортаються драматичні події з незрівнянним Він Дизелем), яка знаходиться в потрійній системі зірок, що включає ще й тісну пару зірок. Періодично на планеті відбуваються тривалі затемнення, викликані планетами-гігантами з кільцями, що звертаються на орбітах з меншим і більшим періодом поводження, ніж у планети, де відбуваються головні події у фільмі.

Схема планетної системи зі світу Ріддіка.

Вже перші відкриття екзопланет показали широке поширення таких систем. Найбільш примітною з них стала планетна система у зірки, запідозрена ще 1988 року. Останнє дослідження від 2011 року дає такі параметри системи (у дужках похибки):
Період планетної системи 903.3(1.5) діб. Ексцентриситет орбіти 0.049 (0.034). Мінімальна можлива маса (з методу променевих швидкостей) 1.85(0.16) мас Юпітера. Максимальна можлива маса (з астрометрії Гіппарха) 28 мас Юпітера. Велика піввісь орбіти 2.05(0.06) астрономічних одиниць.
Період звернення зіркової подвійної 67(1.4) років, ексцентриситет 0.41, маса головної зірки (навколо якої знайдено планету) 1.4(0.12) маси Сонця, маса другої зірки 0.41(0.02) маси Сонця.
Схематично компактність цієї системи можна зобразити на наступній схемі (збережено масштаб):

Схема відомих компаньйонів у системі. Взято звідси.

Поряд із дуже низьким ексцентриситетом планетної орбіти в порівнянні з орбітою другої зірки, багато хто звертає увагу на схожість цієї системи на найближчу до нас зіркову подвійну - Альфу Центавра(В якій також нещодавно знайдено планетного кандидата). У Альфи Центаврапараметри подвійний складають: велика піввісь 23.4 астрономічних одиниць, ексцентриситет орбіт 0.52, період звернення 79.4 року, маси зірок в 1.1 та 0.93 мас Сонця.

Якщо говорити загалом, зараз виявлено близько півсотні таких систем, переважно методом променевих швидкостей. Через те, що спектрографам складно вимірювати променеві швидкості зірок окремо у зіркових подвійних (зазвичай таким методом шукають планети у зірок із поділом більше) 2 кутових секунд), переважно відкриті планетні системи в широких подвійних з відстанню між зірками в сотні та тисяч астрономічних одиниць.

Крім методу променевих швидкостей, останнім часом ставати ефективним пошуки транзитівтаких планет. Наприклад, телескопу Кеплервдалося знайти перші планетні системи, у яких навколо кожної зірки до подвійної зіркової системи звертаються планети. У зірки (або Кеплер-132) було виявлено три транзитних планети з періодами: 6.18, 6.42 та 18.0 днів. Теоретичні розрахунки показали, що така система планет не може бути стійкою, якщо всі три планети обертаються навколо однієї зірки. Детальне фотографування цієї зірки дозволило загадку:

Виміряна кутова відстань між зірками становить 0.9'' кутових секунд, що відповідає відстані між ними 450 астрономічних одиниць. Крім того, спектри окремих зірок показали, що зірки мають дуже близькі променеві швидкості, що є додатковим доказом їх фізичного зв'язку. Поки астрономам не вдалося встановити навколо якої саме зірки звертаються дві транзитні планети з періодами близько 6 і 18 днів, а навколо якої лише одна планета з періодом близько 6 днів. Другою такою подібною системою є Кеплер-296 (KOI-1422). У ній знайдено 5 транзитних планет і аналогічно теоретичні розрахунки говорять, що ця система не може бути стійкою.

Тепер перейдемо до другого типу планетних систем у подвійних зірок. Він складається з планет, які обертаються одразу навколо кількох зірок. Схематично його можна зобразити так:

ЛітероюP позначена планета, літерамиA іB позначені окремі зірки зіркової подвійної. .

Історично перші такі системи були відкриті у затемнених подвійних (системи в яких зірки затьмарюють одна одну по відношенню до земного спостерігача). Спостерігаючи такі системи багато десятків років, можна з високою точністю вимірювати періодичність цих затемнень. Якщо в системі звертається ще й зовнішня планета чи планети, її гравітація викликатиме обурення на періодичність зоряних затемнень. Перша така система була опублікована у 2008 році у зірки. Навколо цієї тісної системи, що складається з червоного карлика і білого субкарлика (що затьмарюють один одного з періодом лише 3 години) було виявлено свідчення ще двох планет. Їх обчислені періоди звернення склали 9 та 16 років, а маси 8 та 19 мас Юпітера.

Художнє зображення системи. .

Потім було опубліковано ще кілька подібних систем. Метод таймінгу затемнень зіркових подвійнихмає низьку чутливість та виявляє системи з масивних планет із великими періодами звернення. На щастя, останніми роками космічного телескопа Кеплервдалося відкрити кілька компактніших систем подібного типу. Завдяки високій точності вимірювання яскравості зірок і великій тривалості безперервних спостережень йому вдалося відкрити кілька систем, у яких відбуваються затемнення (стосовно земного спостерігача) викликані одночасно, і зірками, і планетами.

Системи, що складаються з транзитних зірок та планет, знайдені телескопом Кеплер. У таблиці наведено періоди та ексцентриситети зоряних та планетних орбіт. Останній стовпець означає відношення періодів звернення планетної орбіти до зони нестабільності, де планети що неспроможні мати стійкі орбіти. Розміри планет у цих системах становлять кілька радіусів планети Земля. .

Як випливає з таблиці, навіть великий ексцентриситет зіркової орбіти (як у Кеплер-34) не гарантує такої ж близької планетної орбіти в системі (планетна орбіта має майже кругову орбіту). Ставлення періодів обігу планет і зірок сягає всього лише до 1 до 6 чи 1 до 7 ( Кеплер-35і Кеплер-413).

Попереднє вивчення цих знахідок дозволяє оцінити, що зустрічається планет (розміром більше 6 радіусів Земліі з періодом звернення до 300 діб) у подібних тісних зірок становить 4%-28% у разі компланарних орбіт (орбіти планет та зірок близькі до однієї площини). Якщо ж орбіти розташовані хаотично, то може навіть досягати 47%. У будь-якому зі сценаріїв ці попередні оцінки перевищують оцінки зустрічальності для подібних планет у одиночних зірок.

На закінчення залишається відзначити, що останні дослідження дедалі більше доводять, що освіта планет, у системах із кількох зірок, відбувається щонайменше ефективно, ніж в одиночних зірок. На користь цього говорить виявлення безпосередньо протопланетних дисків у подвійних зірок.

Зображення пилових дисків, що обертаються навколо кожної зірки молодої зіркової системиSR24 . Зліва зображення телескопа Субару, праворуч теоретична інтерпретація спостережень .

Дослідники з Прінстона та Каліфорнійського технологічного інституту у комп'ютерній моделі помістили землеподібну планету на орбіту подвійної зірки Kepler-35(AB). Виявилося, що умови на такій планеті могли б бути придатними для виникнення та підтримання життя. Навіть незважаючи на те, що на таку «Землю» діяло б тяжіння обох зірок і вона переміщалася б химерною, вигнутою орбітою.

На жаль, потенційно житла планета, на небосхилі якої світять два сонця, як на Татуїні із саги «Зоряні війни», існує тільки в комп'ютері. Насправді в системі Kepler-35(AB) спостерігають планету у вісім разів більшу, ніж Земля, яка здійснює повний оборот навколо двох зірок всього за 131,5 дні.

За словами дослідників, робота все ж таки дала важливий результат. "Це означає, що системи з подвійними зірками, подібні до тієї, яку ми розглядали, чудово підходять для населених планет, незважаючи на значні відмінності в обсязі сонячного світла, яке гіпотетичні планети в такій системі будуть отримувати", - пояснив один з учасників дослідження Макс Попп , науковий співробітник Прінстонського університету та Інституту метеорології Макса Планка у Гамбурзі.

Атмосфера з гарячої пари

Практично одночасно з новиною про Kepler-35 (AB) надійшла ще одна цікава звістка. Джону Саутуорту з Кілського університету у Великій Британії за допомогою телескопа ESO/MPG (розташовується в Чилі) вперше визначити наявність атмосфери у планети, яка може бути схожа на Землю. Планета GJ 1132b обертається навколо досить холодної зірки, червоного карлика GJ 1132. Вважається, що це скелясте небесне тіло на 20% більше за Землю в діаметрі і на 60% — за масою. Такі планети називають суперземлями. GJ 1132b знаходиться "всього" в 39 світлових роках від Землі.

На деяких знімках, зроблених за допомогою радіотелескопів, планета виявилася меншою, ніж на інших. Вчені розглянули ці знімки та дійшли висновку, що певна область біля краю небесного тіла є прозорою. Ця область, що оточує планету, є її атмосфера. На думку вчених, газова оболонка GJ 1132b складається здебільшого з метану або водяної пари. Наявність пари особливо зацікавила вчених, оскільки це означає, що на планеті є вода, яка випаровується і утворює атмосферу.

Мінус три

Планети, подібні до GJ 1132b, схожі за розміром і складом на Землю і знаходяться на такій відстані від своїх зірок, що на них цілком могли скластися умови для зародження життя.

Тим часом поки що такі планети все частіше розчаровують вчених. Так, щонайменше три планети з семи, що обертаються навколо червоного карлика TRAPPIST-1, можуть насправді виявитися мертвими світами. Науковці з угорської Обсерваторії Конкоя представили на суд колег дослідження магнітного поля зірки. Виявилося, активність TRAPPIST-1 здатна провокувати часті та потужні магнітні бурі.

Подібна геомагнітна буря на Землі в 1859 вивела з ладу телеграфні системи в Європі та Америці. Полярне сяйво можна було спостерігати з берегів Карибського моря. З урахуванням того, що планети в системі TRAPPIST-1 ближче до зірки, ніж Земля до Сонця, спалахи подібної сили відбуваються набагато частіше. Судячи з наявних даних, за 80 днів їх кількість може досягати п'яти, а слабкіші спалахи відбуваються вчетверо частіше, ніж Землі. Така активність могла зробити атмосферу цих планет непридатною життя.

Зірка проти атмосфери

Іншим розчаруванням загрожує дослідження планети Проксима b, яка обертається навколо червоного карлика Проксима Центавра. Це найближча до Землі екзопланета, розташована на відстані трохи більше за чотири світлові роки.

Вчені з Гарвард-Смітсонівського центру астрофізики представили свої моделі, згідно з якими зародженню життя на Проксімі могли завадити не тільки спалахи на зірці, але й зоряний вітер, набагато сильніший і неоднорідніший, ніж сонячний. Як нещодавно повідомили фахівці, саме через сонячний вітер міг колись втратити свою атмосферу Марс: потік плазми поступово вибив більше половини частинок його газової оболонки в космос. Щось подібне, мабуть, сталося і з Проксимою b.

Однак незабаром у вчених з'явиться можливість дізнатися набагато більше про те, чи є атмосфера у планет в інших системах і який її склад. На 2018 рік заплановано запуск космічного телескопа імені Джеймса Вебба, розроблений NASA, Європейським та Канадським космічними агентствами. Він дозволить поглянути на планети в інфрачервоному спектрі та проаналізувати склад їх атмосфер.

Планети, що обертаються навколо двох або більше зірок, можуть бути поширенішими у всесвіті явищем, ніж планети з однією зіркою, пише www.сайт.

Любителі Зіркових Війн із теплом на серці згадують момент із фільму, коли задумливий Люк Скайуокер дивиться на подвійний захід сонця, на його рідній планеті — Татуїн. Виявляється, що планети з двома сонцями зустрічаються частіше, ніж вважали вчені. Вони нещодавно виявили десять таких систем. Вчені навіть мають докази того, що такі системи більш поширені, ніж одинарна планета-зірка.

Вчені протягом тривалого часу вважали, що більшість зірок мають одного чи двох сусідів. Їх мучило питання, чи мають ці мульти-зіркові системи свої планети. Після запуску телескопа Кеплер у 2009 році астрономи нарешті отримали інструмент для пошуку екзопланет у мульти-зіркових системах — далеких світах за межами Сонячної системи.

Новоспечена екзопланета Кеплер-453b знаходиться за 1400 світлових років від Землі. Вона обертається навколо двох сонців, тобто. Двійкова зіркова система. Планети у таких системах називаються «повертаються навколо подвійної зірки»через те, що потрапляють під вплив двох зірок.

Астрономи виявили Кеплер-453b, спостерігаючи дві зірки, що оберталися навколо один одного. Світло, що йде від кожної зірки, було трохи сірим.

"Ці плями повинні утворюватися через прохід об'єкта по орбіті", – пояснює Надер Хагігіпур – астроном з Гавайського університету в Маноа. Він був одним із авторів доповіді про виявлення планети Кеплер-453b в Astrophysical Journal.

14 серпня Міжнародна астрономічна спілка Генеральної Асамблеєю в Гонолулу, Гаваї, опублікувала докладну доповідь про планету в подвійній зірковій системі. Вчені відзначили щось незвичайне в новій планеті подвійної зірки, що обертається навколо. Інші планети обертаються у тій самій площині, що й їхні зірки. Це означає, що вони проходять перед обома зірками щоразу, коли роблять повний оборот. Але орбіта дев'ятої та десятої планети нахилена порівняно з орбітами їх сонців.

«Нам дуже пощастило», - Каже Хагігіпур. Якби його команда не дивилася на зірку в потрібний момент, учені пропустили б затемнення та не виявили планети.

Те, що вони виявили ще дві планети, що обертаються навколо подвійної зірки незвичайною площиною орбіти, означає, що такі системи широко поширені. Хагігіпур додав, що має бути безліч подібних систем, які поки що не вдалося виявити.

Адже якщо орбіта планети зрідка дозволяє пройти між двома зірками, провал у світлі не відразу буде помічений. Наступним кроком для астрономів буде з'ясування, як знайти подібні екзопланети. Хагігіпур вважає, що це проблематично, але можливо. Якщо планета досить велика, її гравітація впливає орбіти своїх зірок. Астрономи мають намір шукати крихітні зміни у світлі зірок.

«Найвідоміші екзопланети обертаються навколо однієї зірки», - Відзначив Філіп Теобальт - планетарний учений з Паризької обсерваторії у Франції. Він був залучений у відкриття подвійних систем. У ранніх дослідженнях вже було виявлено екзопланети в системах з кількома зірками, але вчені знаходили подвійні та потрійні зіркові системи, де одна планета оберталася лише навколо однієї зірки.

Теобальт стверджує, що чим більше подвійних і потрійних систем буде вивчено, тим більше вчені дізнаються про їхній механізм роботи. За його словами, для кращого розуміння законів всесвіту потрібно виявити ще 50 чи 100 систем.

Можливо, саме зараз на якійсь планеті молодий джедай милується подвійним заходом сонця. Це реально, якщо його рідна планета знаходиться в зоні «Золотовласки» (безпечній зоні проживання між зірками). Це відстань від зірки, що дозволяє воді бути в рідкому стані, не випаровуючись і не замерзаючи. Життя на Kepler-453b навряд чи можливе, оскільки ця екзопланета є газовим гігантом. Це означає, що вона не має твердої поверхні. «Але вона може мати супутники», - Каже Хагігіпур. Оскільки супутник знаходиться у безпечній зоні, там може бути вода, а з нею умови для зародження життя.

Планети, що обертаються навколо двох або більше зірок, можуть бути поширенішими у всесвіті явищем, ніж планети з однією зіркою, пише www.сайт. Любителі Зоряних Війн із теплом на серці згадують момент із фільму, коли задумливий Люк Скайуокер дивиться на подвійний захід сонця, на його рідній планеті - Татуїн. Виявляється, що планети з двома сонцями зустрічаються частіше, ніж вважали вчені. Вони нещодавно виявили десять таких систем. Вчені навіть мають докази того, що такі системи більш поширені, ніж одинарна планета-зірка. Вчені протягом тривалого часу вважали, що більшість зірок мають одного чи двох сусідів. Їх мучило питання, чи мають ці мульти-зіркові системи…

Правовласник ілюстрації AP Image caption Кількість відомих людям екзопланет швидко збільшується

Міжнародна група астрономів зробила висновок, що біля кожної із зірок, видних на нічному небі, звертається щонайменше одна екзопланета.

Це означає, що тільки в нашій галактиці є близько 10 мільярдів планет, що за розміром відповідають Землі.

Для спостереження далекими зірками вчені використовували явище, відоме як гравітаційна лінза, тобто викривлення світлового променя під впливом гравітації масивного небесного тіла.

Це гравітаційне поле здатне поводитися подібно до збільшувального скла і посилювати світло від більш віддалених зірок, навколо яких можуть обертатися планети.

Група астрономів, які використовують відносно невеликі телескопи, об'єдналися в мережу пошуку нових землеподібних планет під назвою Mindstep.

Вони намагалися засікти досить рідкісне явище, коли при спостереженні із Землі одна із зірок виявляється безпосередньо перед іншою, більш віддаленою зіркою. У такому разі і виникає ефект мікролінзування, що дозволяє знаходити нові екзопланети.

В результаті мережі Mindstep вдалося зафіксувати 40 таких явищ, і в трьох випадках було знайдено планети, що знаходяться на орбіті далеких зірок.

Хоча кількість знайдених планет виявилася відносно невеликою, на підставі цих відкриттів дослідницька група зуміла підрахувати загальну кількість екзопланет.

Як "блимають" планети

"Тільки за останні 15 років кількість відомих нам планет за межами Сонячної системи зросла з нульової позначки до приблизно 700, - заявив співавтор дослідження Мартін Домінік з університету Сент-Ендрюс у Шотландії - Але, за нашими оцінками, тільки в Чумацькому Шляху існують сотні мільярдів таких планет”.

В останні роки більшість нових екзопланет було відкрито за допомогою телескопа "Кеплер" - астрономічного супутника НАСА, призначеного для пошуку небесних тіл, схожих на землю.

"Кеплер" намагається знайти екзопланети, засікаючи миготіння, тобто зміна яскравості тієї чи іншої зірки у момент, коли планета проходить між нею та телескопом.

Цей метод ефективніший при пошуку великих планет, розташованих поблизу своїх зірок.

Ефект гравітаційної лінзи використовувати важче, проте він дозволяє знаходити планети всіх розмірів та на великих відстанях.

Результати роботи групи астрономів були представлені на 219 зустрічі Американського астрономічного товариства, вони також опубліковані в журналі Nature.