Экзопланеты из вселенной "Звёздных Войн" становятся реальностью. Обнаружен редкий случай вращения звезды вокруг планеты
Правообладатель иллюстрации AP Image caption Количество известных людям экзопланет быстро увеличивается
Международная группа астрономов заключила, что около каждой из звезд, видных на ночном небе, обращается по меньшей мере одна экзопланета.
Это означает, что только в нашей галактике есть около 10 миллиардов планет, по размеру соответствующих Земле.
Для наблюдения за далекими звездами ученые использовали явление, известное как гравитационная линза, то есть искривление светового луча под влиянием гравитации массивного небесного тела.
Это гравитационное поле способно вести себя подобно увеличительному стеклу и усиливать свет от более удаленных звезд, вокруг которых могут обращаться планеты.
Группа астрономов, использующих относительно небольшие телескопы, объединились в сеть по поиску новых землеподобных планет под названием Mindstep.
Они пытались засечь довольно редкое явление, когда при наблюдении с Земли одна из звезд оказывается непосредственно перед другой, более удаленной звездой. В таком случае и возникает эффект микролинзирования, позволяющий находить новые экзопланеты.
В результате сети Mindstep удалось зафиксировать 40 таких явлений, и в трех случаях были найдены планеты, находящиеся на орбите более далеких звезд.
Хотя количество найденных планет оказалось относительно небольшим, на основании этих открытий исследовательская группа сумела подсчитать общее количество экзопланет.
Как "мигают" планеты
"Только за последние 15 лет количество известных нам планет за пределами Солнечной системы выросло с нулевой отметки до примерно 700, - заявил соавтор исследования Мартин Доминик из университета Сент-Эндрюс в Шотландии – Но, по нашим оценкам, только в Млечном Пути существуют сотни миллиардов таких планет".
В последние годы большинство новых экзопланет было открыто при помощи телескопа "Кеплер" – астрономического спутника НАСА, предназначенного для поиска небесных тел, похожих на Землю.
"Кеплер" пытается найти экзопланеты, засекая мигание, то есть изменение яркости той или иной звезды в момент, когда планета проходит между ней и телескопом.
Этот метод более эффективен при поиске больших планет, расположенных поблизости от своих звезд.
Эффект гравитационной линзы использовать труднее, однако он позволяет находить планеты всех размеров и на больших расстояниях.
Результаты работы группы астрономов были представлены на 219-й встрече Американского астрономического общества, они также опубликованы в журнале Nature.
На основе данных, полученных с помощью телескопа Кеплера, астрономы открыли новый вид планетных систем: с двумя звездами. Данная работа служит подтверждением того, что планеты, вращающиеся вокруг "двух солнц" не являются редкими исключениями, а широко распространены в нашей галактике. Данная работа опубликована сегодня в журнале Nature и была представлена на собрании Американского астрономического сообщества в Остине.
Команде удалось обнаружить две новых планеты, которые вращаются вокруг двойной звездной системы. Подобное явление было впервые открыто в сентябре прошлого года.
Открытые планеты были названы Кеплер-34б и Кеплер-35б.
Обе они вращаются вокруг "бинарной звезды", которая представляет собой гравитационно-связанные звезды, вращающиеся вокруг друг друга. Хотя существование подобных небесных тел, называемых "планетами с кратной орбитой" было предсказано уже давно, они оставались всего лишь теорией, пока команда не открыла Кеплер-16б в сентябре 2011 года. Они прозвали Кеплер-16б "Татуином" из-за ее схожести с планетой с кратной орбитой из киноэпопеи "Звездные войны".
"Мы уже давно знали, что подобные планеты могут существовать в реальности, но их обнаружение было затруднено по некоторым техническим причинам", - сказал профессор астрономии Эрик Форд. "Открытие Кеплер-16б, 34б и 35б, продемонстрировало, что в нашей галактике число планетных систем с двумя звездами исчисляется миллионами".
Эти планеты были открыты методом измерения интенсивности света, которая уменьшалась когда планета проходила между одной из двух звезд и Землей. Кроме того, Кеплер обнаруживал понижение интенсивности света в тот момент, когда одна из звезд закрывала собой другую. Взаимное гравитационное притяжение звезд и планет приводит к отклонению от регулярного графика их движения, что позволяет ученым подтвердить наличие планет и измерить их массу.
Обе планеты являются газовыми гигантами с низкой плотностью. По размерам они сопоставимы с Юпитером, но значительно уступают ему по массе. По сравнению с Юпитером, Кеплер-34 на 24 процента меньше по размерам и на 74 процентов меньше по массе. Полный цикл вращения занимает у него 288 земных дней. Кеплер-35 на 26 процентов меньше по размерам и на 88 процентов меньше по массе, при этом вращается намного быстрей - весь цикл длится всего 131 день.
Астрономы считают, что планеты состоят в основном из водорода и слишком горячи, чтобы быть обитаемыми.
Климат планет с кратной орбитой может быть намного более сложным, из-за того, что дистанция между планетой и каждой из звезд может варьироваться в течение всего орбитального периода", - пояснил Форд. "Что касается Кеплер-35б, то количество падающего на нее света изменяется в пределах 50 процентов в течение одного земного года. А на Кеплер-34б, "летом" солнечного света попадает в 2,3 раза больше, чем "зимой". Для сравнения, в случае с нашей Землей, количество солнечного света варьируется в течение года всего на 6%.
Первоначально в НАСА планировали прекратить прием информации с Кеплера в ноябре 2012 года.
"Астрономы буквально умоляют НАСА продлить миссию Кеплера до 2016 года, ведь он произвел революцию во многих областях, а не только в области планетарных систем", - сказал Форд. "Надеюсь, здравый смысл восторжествует и миссия продолжится".
Двойные звезды – достаточно распространенные объекты в наблюдаемой Вселенной. Но, невзирая на это, они вызывают неподдельный интерес у астрономов всего мира.
Ученые утверждают, что двойные звезды составляют примерно половину всех звезд нашей галактики. Двойная звезда представляет собой систему, состоящую из двух объектов (звезд), связанных между собой гравитационными силами. Обе звезды, входящие в систему, вращаются вокруг общего центра их масс. Расстояния между звездами могу отличаться, равно как и масса этих звезд, а также их размеры. Обе звезды, входящие в гравитационную систему, могут иметь, как схожие, так и отличительные характеристики. Например, звезда А может иметь большую массу или размер, чем звезда В.
Двойные звезды помечают латинскими буквами традиционно. Обычно буквой «А» помечают более яркого и массивного компаньона. Буквой «В» — менее яркую и массивную звезду.
Ярким примером системы двойной звезды выступает ближайшая к нам звездная система – А и В. Она представляет собой целостную систему из двух звезд. Сама же Альфа Центавра состоит из трех компонентов. Если взглянуть на эту звезду, не прибегая к помощи различных оптических приборов, невооруженным глазом она будет визуально восприниматься, как одна звезда. Если посмотреть на нее через телескоп, то мы отчетливо увидим два, а то и три компонента этой системы. В качестве других примеров двойных звезд можно привести систему Бета Лиры, систему Бета Персея (Алголь), и другие звезды.
Классификация
Астрономами было уже давно обнаружено, что двойные звезды могут отличаться по типу своего происхождения, физическим параметрам и прочим характеристикам. По этой причине ученые предложили классифицировать эти объекты небесной сферы. Условно двойные звезды разделяют на два типа: звезды, между которыми не происходит обмена масс, и звезды, между которыми он происходит, происходил или будет происходить в будущем. Последние, в свою очередь, подразделяются на контактные и полуразделенные. В контактных системах обе звезды заполняют свои полости Роша. В полуразделенных – только одна звезда.
Помимо представленной выше классификации, двойные звезды можно разделить по способу их наблюдения. Так, существуют астрометрические, затемненные, спектральные и визуальные двойные звезды.
Астрометрические двойные звезды обнаруживаются на небе путем наблюдения изменений и нелинейности движения видимого объекта системы. Таким способом часто астрономы обнаруживают коричневые карлики, которые иными путями зафиксировать не удается. Затемненные двойные звезды можно обнаружить путем фиксации изменения блеска в паре звезд. Во время вращения звезды-компаньоны как бы затмевают друг друга, и за счет этого выдают себя, как двойная звезда. Метод обнаружения двойной звезды заключается в измерении на протяжении нескольких ночей. Смещение линий спектра звезды на протяжении некоторого времени, большая разница между минимальной и максимальной скоростью звезды, изменение лучевых скоростей – все это может указать на то, что наблюдаемое нами небесное тело – двойная звезда. Визуальный метод обнаружения двойных звезд самый простой. При помощи мощного телескопа мы можем обнаружить двойные звезды, которые удобны для визуального наблюдения и находятся на сравнительно недалеком от нас расстоянии.
Явления и феномены, связанные с двойными звездами
Интересным феноменом, который тесно связан с двойными звездами, является парадокс Алголя. Алголь – это двойная звезда, которая находится в созвездии Персея. Согласно общей теории эволюции небесных светил, чем больше масса звезды, тем быстрее она проходит все стадии эволюции. Но Парадокс Алголя заключается в том, что Алголь В – компонент двойной звезды, который обладает меньшей массой, эволюционно старше более массивного компонента этой системы – Алголь А. Ученые считают, что данный парадокс напрямую связан с эффектом перетекания масс в тесных двойных системах, за счет которого меньшая по размерам звезда могла эволюционировать быстрее более массивного компонента системы.
С Парадоксом Алголя тесно связано еще одно интересное астрономическое явление, свойственное двойным звездам – это обмен массами между ними. Компоненты двойных звезд способны обмениваться своими массами и частицами друг с другом. У каждого из компонентов есть полость Роша – область, в которой гравитационные силы одного компаньона преобладают над гравитационными силами другого. Точка соприкосновения полостей Роша обеих звезд именуется точкой Лагранжа. Через эту точку возможно перетекание вещества одного компаньона к другому.
Интересным явлением, связанным с двойными звездами, можно также считать симбиотические системы двойных звезд. Данные системы состоят, как правило, из красного гиганта и белого карлика, которые вращаются вокруг общего центра масс. Продолжительность жизни таких систем сравнительно невелика. Однако для них характерны новоподобные вспышки, которые способны увеличить яркость звезды в 2-3 раза. Кроме того, симбиотическим двойным звездам свойственны и другие интересные астрофизические характеристики, которые привлекают умы астрономов всего земного шара.
Происхождение и эволюция двойных звезд
Происхождение и эволюция двойных звезд происходит, в принципе, по тому же сценарию, что и у обычных звезд. Однако есть некоторые нюансы, которые отличают происхождение и эволюцию двойных систем от происхождения и эволюции одиночных светил.
Эволюция тесной двойной системы в представлении художника
Как и одинарные звезды, двойные системы образуются под влиянием гравитационных сил из газопылевого облака. В современной астрономии существует три наиболее популярных теории образования двойных звезд. Первая из них связывает образование двойных систем с разделением на раннем этапе общего ядра протооблака, которое послужило материалом для возникновения двойной системы. Вторая теория связана с фрагментацией протозвездного диска, в результате чего могут появиться не только двойные, но и многократные системы звезд. Происходит фрагментация протозвездного диска на более позднем этапе, чем фрагментация ядра. Последняя теория гласит, что образование двойных звезд возможно путем динамических физико-химических процессов внутри протооблака, которое служит материалом для образования звезд.
Экзопланеты вокруг двойных звезд
В пятом издание своей книги ""Вселенная, жизнь и разум
’’:
""Другими словами, если учитывать достаточно малые значения отношения
M2/
M1, то получится, что практически все звезды солнечного типа, либо кратные, либо окружены семьей планет
. Если условно положить, что наибольшая масса планеты равна 10 -3 масс Солнца (Юпитер!), то получится, что ~ 10 % всех звезд типа Солнца имеют планетные системы. По нашему мнению, несмотря на сравнительную бедность использовавшегося статистического материала, исследования Абта и Леви являются лучшим из всех существующих обоснованием множественности планетных систем для звезд солнечного типа.
""
Иными словами в те времена считалось, что система может состоять либо из нескольких звезд, либо из одной звезды с планетами. Современные исследования показали, что это предположение ошибочно - в системах из нескольких звезд тоже могут быть планеты. Поэтому в этой части я кратко опишу открытия в этой области.
Существуют два типа таких планетных систем. Первый тип, это когда планеты вращаются вокруг каждой звезды системы. Для наглядности это можно продемонстрировать на следующей схеме:
Буквой P обозначена планета, буквами A и B отдельные звезды звездной двойной. .
Пример такой системы приведен в самом начале, как кадр из фантастического фильма. В нем показана планета (где разворачиваются драматические события с несравненным Вин Дизелем ), которая находится в тройной системе звезд, включающей в себя еще и тесную пару звезд. Периодически на планете происходят продолжительные затмения, вызванные планетами-гигантами с кольцами, обращающимися на орбитах с меньшим и большим периодом обращения, чем у обитаемой планеты, где происходят главные события в фильме.
Схема планетной системы из мира Риддика .
Уже первые открытия экзопланет показали широкое распространение таких систем. Наиболее примечательной из них стала планетная система у звезды , заподозренная еще в 1988 года. Последнее исследование от 2011 года дает следующие параметры системы (в скобках погрешности):
Период планетной системы 903.3(1.5) суток. Эксцентриситет орбиты 0.049(0.034). Минимальная возможная масса (из метода лучевых скоростей) 1.85(0.16) масс Юпитера
. Максимальная возможная масса (из астрометрии Гиппарха
) 28 масс Юпитера
. Большая полуось орбиты 2.05(0.06) астрономических единиц
.
Период обращения звездной двойной 67(1.4) лет, эксцентриситет 0.41, масса главной звезды (вокруг которой найдена планета) 1.4(0.12) массы Солнца
, масса второй звезды 0.41(0.02) массы Солнца
.
Схематично компактность этой системы можно изобразить на следующей схеме (масштаб сохранен):
Схема известных компаньонов в системе . Взято отсюда .
Наряду с очень низким эксцентриситетом планетной орбиты по сравнению с орбитой второй звезды, многие обращают внимание на похожесть этой системы на ближайшую к нам звездную двойную - Альфу Центавра (в которой также недавно найден планетный кандидат). У Альфы Центавра параметры двойной составляют: большая полуось 23.4 астрономических единиц , эксцентриситет орбит 0.52, период обращения 79.4 года, массы звезд в 1.1 и 0.93 масс Солнца .
Если говорить в общем, в настоящее время обнаружено около полусотни таких систем, преимущественно методом лучевых скоростей . Из-за того, что спектрографам сложно измерять лучевые скорости звезд по отдельности у звездных двойных (обычно таким методом ищут планеты у звезд с разделением больше 2 угловых секунд ), преимущественно открыты планетные системы в широких двойных с расстоянием между звездами в сотни и тысяч астрономических единиц .
Кроме метода лучевых скоростей , в последнее время становиться эффективным поиски транзитов таких планет. К примеру, телескопу Кеплер удалось найти первые планетные системы, у которых вокруг каждой звезды в двойной звездной системы обращаются планеты. У звезды (или Кеплер-132 ) было обнаружено три транзитных планеты с периодами: 6.18, 6.42 и 18.0 дней. Теоретические расчеты показали, что такая система планет не может быть устойчивой, если все три планеты обращаются вокруг одной звезды. Детальное фотографирование этой звезды разрешило загадку:
Измеренное угловое расстояние между звездами составляет 0.9’’ угловых секунд , что соответствует расстоянию между ними в 450 астрономических единиц . Кроме того спектры отдельных звезд показали, что звезды имеют очень близкие лучевые скорости, что является дополнительным доказательством их физической связи. Пока астрономам не удалось установить вокруг какой именно звезды обращаются две транзитные планеты с периодами около 6 и 18 дней, а вокруг какой только одна планета с периодом около 6 дней. Второй такой подобной системой является Кеплер-296 (KOI-1422 ). В ней найдено 5 транзитных планет и аналогично теоретические расчеты говорят, что эта система не может быть устойчивой.
Теперь перейдем ко второму типу планетных систем у двойных звезд . Он состоит из планет, которые обращаются сразу вокруг нескольких звезд. Схематично его можно изобразить так:
Буквой P обозначена планета, буквами A и B обозначены отдельные звезды звездной двойной. .
Исторически первые такие системы были открыты у затменных двойных (системы в которых звезды затмевают друг друга по отношению к земному наблюдателю). Наблюдая такие системы много десятков лет можно с высокой точностью измерять периодичность этих затмений. Если в системе обращается еще и внешняя планета или планеты, то ее гравитация будет вызывать возмущения на периодичность звездных затмений. Первая такая система была опубликована в 2008 году у звезды . Вокруг этой тесной системы, состоящей из красного карлика и белого субкарлика (затмевающих друг друга с периодом всего лишь 3 часа) были обнаружены свидетельства еще двух планет. Их вычисленные периоды обращения составили 9 и 16 лет, а массы 8 и 19 масс Юпитера .
Художественное изображение системы
. .
Затем позже было опубликовано еще несколько подобных систем. Метод тайминга затмений звездных двойных имеет низкую чувствительность и обнаруживает системы из массивных планет с большими периодами обращения. К счастью, в последние годы космическому телескопу Кеплер удалось открыть несколько более компактных систем подобного типа. Благодаря высокой точности измерения яркости звезд и большой продолжительности непрерывных наблюдений ему удалось открыть несколько систем, в которых происходят затмения (по отношению к земному наблюдателю) вызванные одновременно, и звездами, и планетами.
Системы, состоящие из транзитных звезд и планет, найденные телескопом Кеплер . В таблице, приведены периоды и эксцентриситеты звездных и планетных орбит. Последний столбец означает отношение периодов обращения планетной орбиты к зоне нестабильности, в которой планеты не могут иметь устойчивые орбиты. Размеры планет в этих системах составляют несколько радиусов планеты Земля . .
Как следует из таблицы, даже большой эксцентриситет звездной орбиты (как у Кеплер-34 ) не гарантирует такой же у близкой планетной орбиты в системе (планетная орбита имеет почти круговую орбиту). Отношение периодов обращения планет и звезд доходит даже всего лишь до 1 к 6 или 1 к 7 (Кеплер-35 и Кеплер-413 ).
Предварительное изучение этих находок позволяет оценить, что встречаемость планет (размером больше 6 радиусов Земли и с периодом обращения до 300 суток) у подобных тесных звезд составляет 4%-28% в случае компланарных орбит (орбиты планет и звезд близки к одной плоскости). Если же орбиты расположены хаотично, то встречаемость может даже достигать 47%. В любом из сценариев эти предварительные оценки превышают оценки встречаемости для подобных планет у одиночных звезд.
В заключение остается отметить, что последние исследования все больше доказывают, что образование планет, в системах из нескольких звезд, происходит не менее эффективно, чем у одиночных звезд. В пользу этого также говорит обнаружение непосредственно протопланетных дисков у двойных звезд.
Изображение пылевых дисков, обращающихся вокруг каждой звезды молодой звездной системы SR24 . Слева изображение телескопа Субару , справа теоретическая интерпретация наблюдений. .
Планеты, вращающиеся вокруг двух или более звезд, могут быть более распространенным во вселенной явлением, чем планеты с одной звездой, пишет www.сайт.
Любители Звездных Войн с теплом на сердце вспоминают момент из фильма, когда задумчивый Люк Скайуокер смотрит на двойной закат, на его родной планете — Татуин. Оказывается, что планеты с двумя солнцами встречаются чаще, чем полагали ученые. Они недавно обнаружили десять таких систем. У ученых даже есть доказательства того, что такие системы более распространены, чем одинарные планета-звезда.
Ученые в течение долгого времени полагали, что большинство звезд имеют одного или двух соседей. Их мучил вопрос, есть ли у этих мульти-звездных систем свои планеты. После запуска телескопа Кеплер в 2009 году астрономы, наконец, получили инструмент для поиска экзопланет в мульти-звездных системах — дальних мирах за пределами Солнечной системы.
Новоиспечённая экзопланета Кеплер-453b находится в 1400 световых лет от Земли. Она вращается вокруг двух солнц, т.е. двоичной звездной системы. Планеты в таких системах называются «вращающимися вокруг двойной звезды» за то, что попадают под влияние двух звезд.
Астрономы обнаружили Кеплер-453b, наблюдая две звезды, которые вращались вокруг друг друга. Свет, исходящий от каждой звезды, был немного серым.
«Эти пятна должны образовываться из-за прохода объекта по орбите» , — объясняет Надер Хагигипур — астроном из Гавайского университета в Маноа. Он был одним из авторов доклада об обнаружении планеты Кеплер-453b в Astrophysical Journal.
14 августа Международный астрономический союз Генеральной Ассамблеей в Гонолулу, Гавайи, опубликовал подробный доклад о планете в двойной звездной системе. Ученые отметили что-то необычное в новой планете вращающейся вокруг двойной звезды. Другие планеты вращаются в той же плоскости, что и их звезды. Это означает, что они проходят перед обеими звездами каждый раз, когда делают полный оборот. Но орбита девятой и десятой планеты наклонена в сравнении с орбитами их солнц.
«Нам очень повезло» , — говорит Хагигипур. Если бы его команда не смотрела на звезду в нужный момент, ученые пропустили бы затемнение и не выявили планету.
То, что они обнаружили еще две планеты, вращающиеся вокруг двойной звезды по необычной плоскости орбиты — означает, что такие системы широко распространены. Хагигипур добавил, что должно быть множество подобных систем, которые пока что не удалось обнаружить.
Ведь если орбита планеты изредка позволяет той пройти между двумя звездами, провал в свете не сразу будет замечен. Следующим шагом для астрономов будет выяснение, как обнаружить подобные экзопланеты. Хагигипур считает, что это проблематично, но возможно. Если планета достаточно большая, ее гравитация влияет на орбиты своих звезд. Астрономы намерены искать крошечные изменения в свете звезд.
«Наиболее известные экзопланеты вращаются вокруг одной звезды» , — отметил Филипп Теобальт — планетарный ученый из Парижской обсерватории во Франции. Он не был вовлечен в открытие двойных систем. В ранних исследованиях уже были обнаружены экзопланеты в системах с несколькими звездами, но ученые находили двойные и тройные звездные системы, где одна планета вращалась только вокруг одной звезды.
Теобальт утверждает, что чем больше двойных и тройных систем будет изучено, тем больше ученые узнают об их механизме работы. По его словам, для лучшего понимания законов вселенной нужно обнаружить еще 50 или 100 систем.
Возможно, именно сейчас на какой-то планете молодой джедай любуется двойным закатом. Это реально, если его родная планета находится в зоне «Златовласки» (безопасной зоне обитания между звездами). Это расстояние от звезды, что позволяет воде быть в жидком состоянии, не испаряясь и не замерзая. Жизнь на Kepler-453b вряд ли возможна, так как эта экзопланета является газовым гигантом. Это означает, что она не имеет твердой поверхности. «Но она может иметь спутники» , — говорит Хагигипур. Поскольку спутник находится в безопасной зоне, там может быть вода, а с ней условия для зарождения жизни.
Планеты, вращающиеся вокруг двух или более звезд, могут быть более распространенным во вселенной явлением, чем планеты с одной звездой, пишет www.сайт. Любители Звездных Войн с теплом на сердце вспоминают момент из фильма, когда задумчивый Люк Скайуокер смотрит на двойной закат, на его родной планете - Татуин. Оказывается, что планеты с двумя солнцами встречаются чаще, чем полагали ученые. Они недавно обнаружили десять таких систем. У ученых даже есть доказательства того, что такие системы более распространены, чем одинарные планета-звезда. Ученые в течение долгого времени полагали, что большинство звезд имеют одного или двух соседей. Их мучил вопрос, есть ли у этих мульти-звездных систем…