| |||||||||||||
| Заходите к нам на форум: задавайте вопросы - получайте ответы! |
|
Исследование Солнечной Системы - Научные Статьи
| |||||
Что такое планета |
|
Планетные системы Звезд
Недра "горячих юпитеров"
Группа европейских астрономов, возглавляемая доктором Тристаном Гилло (Tristan Guillot) из парижского Национального центра научных исследований (Centre National De La Recherche Scientifique - ) и французской Обсерватории Лазурного берега (), провела изучение внутреннего устройства так называемых "горячих юпитеров"("hot Jupiters") - гигантских газовых экзопланет, расположенных очень близко к своему светилу. О подобных экстрасолнечных (инозвездных) объектах говорят также как о "пегасидах" (Pegasids, не путать с одноименными метеорными потоками) и "типа 51-й Пегаса" (по имени первого найденного представителя в созвездии Пегаса). Несмотря на удаленность от нас подобных небесных тел, удалось все-таки выяснить некоторые подробности об их центральных ядрах. В частности, найдена корреляция между количеством тяжелых элементов в "горячих юпитерах" и степенью "металличности" их родительских звезд. Таким образом сделан первый шаг в понимании физической природы всех экстрасолнечных планет. Исследование публикуется в журнале "Астрономия и астрофизика" (), но уже доступно онлайн в формате PDF ( the heavy element content of transiting extrasolar planets and the metallicity of their parent stars by T. Guillot, N.C. Santos, F. Pont, N. Iro). На настоящий момент астрономы обнаружили всего 188 экстрасолнечных планет, среди которых 10 классифицируются как "транзитные планеты" ("transiting planets"), то есть "", "затеняющие", "затмевающие". Эти планеты, следуя по своим орбитам, периодически проходят между звездой и наземными наблюдателями и таким образом поддаются регистрации "методом транзита" - по небольшому убыванию светового потока от звезды-хозяйки. Учитывая текущие технические ограничения, единственный тип транзитных планет, который может быть выявлен, - это гиганты, орбиты которых расположены близко к родительской звезде, - то есть те самые "горячие юпитеры"-"пегасиды". Тот десяток транзитных планет, с которыми в настоящее время имеют дело ученые, характеризуется массами от 110 до 430 земных масс (для сравнения, Юпитер с его 318 земными массами является самой массивной планетой в нашей Солнечной системе). Год на типичном "горячем юпитере" может длиться всего несколько дней, тогда как даже наш Меркурий облетает Солнце за 88 дней.
Вообще говоря, для обнаружения экзопланет используется по меньшей мере четыре различных способа. Первоначально по удалось зафиксировать присутствие планет размером с Землю, затем с помощью доплеровской спектроскопии и наземных телескопов ученые научились измерять небольшие "смещения" в спектре звезды, вызванные воздействием гравитации вращающейся вокруг нее планеты-гиганта. Третий путь открылся вместе с точными астрометрическими наблюдениями, принцип во многом схож с доплеровской спектроскопией, однако ведется уже поиск периодических "колебания" в позиции родительской звезды на небесной сфере. И, наконец, сравнительно недавно в ход пошел вышеописанный четвертый вариант, набирающий популярность не только среди астрономов-профессионалов, но и : фотометрические измерения прохождений искомых планет по диску близкой звезды. (В самое последнее время наряду с открылась и - непосредственным образом улавливать свет (инфракрасное излучение) от инозвездной планеты (или хотя бы обнаружить специфическую "примесь" в спектре самой звезды), правда, это пока касается поистине гигантских планет, масса которых сближает их с , да и в качестве родительских звезд в основном фигурируют экзотические "малыши", в свете которых планеты уже не затеряются.) Транзитные "мини-затмения" позволяют получить записи кривых интенсивности звездного излучения и таким образом восстановить информацию не только о массе, но и о размерах затмевающего тела (и даже ). А зная массу и диаметр планеты, можно оценить ее среднюю плотность и таким образом высказывать обоснованные предположения об ее общем составе. Однако для того, чтобы перевести плотность в конкретный состав, необходимо запастись точными моделями внутрипланетной структуры и ее эволюции. Ситуация осложняется тем, что в настоящее время информации о поведении материи в условиях высокого давления явно недостает (а давление внутри гигантских планет более чем в миллион раз превосходит атмосферное давление на Земле). Из девяти "транзитных" планет, известных до апреля 2006 года (, , OGLE-TR-111, OGLE-TR-10, TrES-1, HD 149026, HD 189733), только у самой "маломассивной" получалось более-менее удовлетворительно оценить общий состав и строение: внутри нее выделяли массивное ядро из тяжелых элементов (приблизительно в 70 раз превышающее массу Земли) и оболочку из водорода и гелия (40 земных масс). Из оставшихся восьми планет шесть считались состоящими главным образом из водорода и гелия, наподобие Юпитера и Сатурна (с невыявленными параметрами ядра), ну а две крупнейшие вообще не поддавались описанию посредством простых моделей...
Рассматривая все это множество планет в совокупности и вводя в него аномально большие планеты, Тристан Гилло и его группа пришли к заключению, что девять "транзитных" планет имеют гомогенные свойства, то есть масса их ядер-сердцевин находится в пределах от 0 (никакого ядра или очень маленькое ядро) до 100 масс Земли, и основная масса приходится на водородно-гелиевую оболочку. Именно поэтому некоторые из "пегасидов" должны содержать большее количество тяжелых элементов, чем считалось ранее. При сравнении массы тяжелых элементов в "горячих юпитерах" с содержанием "металлов" (элементов тяжелее водорода и гелия) в родительских звездах, астрономы обнаружили явную корреляцию: планеты, рожденные у звезд, столь же богатых "металлами", как и наше Солнце, обладают маленькими ядрами, в то время как планеты у звезд, содержащих в два-три раза больше металлов, чем Солнце, имеют ядра гораздо больших размеров (как это показано на графике рис 2). Десятая, самая "свежая" "транзитная" планета XO-1b была выявлена , но и она также оказалась аномально крупной планетой, облетающей по тесной орбите звезду, по составу схожую с нашим Солнцем. Подразумевается, что эта планета имеет очень маленькое ядро, так что это новое открытие только подкрепило схему звездно-планетарной корреляции... Текущие же модели формирования планетных систем оказываются не в состоянии предсказать, как большие количества тяжелых элементов концентрируются в подобных экзопланетах, и поэтому они, видимо, будут подвергнуты пересмотру. Впрочем, и найденная корреляция между составом звезд и планет еще нуждается в дальнейших проверках (по мере открытия новых "транзитов"), так что эта работа представляет собой только первый шаг в изучении физической природы экстрасолнечных планет и особенностей их формирования. Хотя объяснение тому факту, почему "транзитные" планеты столь сложно отыскать, уже, кажется, появилось. Поскольку большинство "горячих юпитеров" имеет относительно крупные ядра, то по своим размерам они должны выглядеть достаточно компактными, компактнее, чем можно было бы ожидать, и их труднее обнаружить при прохождении по диску звезды. В любом случае, это новое исследование обещает помочь в планировании французским Национальным центром космических исследований () специальной космической миссии по поиску "транзитных" экзопланет, что получила наименование (COnvection, ROtation and planetary Transits - конвекция, вращение и планетарные прохождения, запуск намечен на октябрь), в результате которой ученые надеются обнаружить и изучить десятки новых "транзитов", включая совсем и планеты, обращающиеся по орбите достаточно далеко от своей звезды (т.е. не "горячие юпитеры"). Среди других планируемых NASA и ESA миссий космических телескопов нового поколения, работающих с "транзитами", можно упомянуть "Кеплер" (Kepler), TPF (Terrestrial Planet Finder - искатель землеподобных планет - 2015 г.) и SIM (Space Interferometry Mission - космическая интерферометрия). Маленькая экзопланета
Научная группа, возглавляемая Жаном-Филиппом Болие (Jean-Philippe Beaulieu) из парижского Астрофизического института (Institut d'Astrophysique), объявила об открытии экстрасолнечной планеты, которая всего в 5,5 раза массивнее нашей собственной Земли (точнее говоря, возможное значение лежит в диапазоне от 2,8 до 11,0 земных масс и напрямую зависит от массы родительской звезды, которую еще предстоит уточнить). Новая планета, получившая обозначение OGLE-2005-BLG-390Lb, вращается вокруг красного карлика (звезды спектрального класса M) примерно в 20 тысячах световых лет от Солнца (в созвездии Стрельца, в направлении на центр Млечного пути). Таким образом установлен новый рекорд - обнаружена самая "крошечная" на сегодняшний день экзопланета из всех, что обращаются вокруг нормальных звезд (у пульсаров - мертвых (нейтронных) звезд - удавалось находить и более мелкие планеты, однако все они по понятным причинам вызывают гораздо меньший интерес публики). Более того, авторы данного открытия считают, что наша Галактика просто "напичкана" такими вот планетами, и с применением новых разработанных ими методов подобные находки будут множиться. Те методы поиска инозвездных планет, которые сейчас больше всего в ходу, в основном способствуют открытию очень массивных объектов на весьма экзотичных орбитах (например, так называемых "горячих юпитеров", расположенных очень близко к своей родительской звезде), однако все такие планеты - очень плохие кандидаты на роль миров, населенных живыми (а уж тем более разумными) существами. На текущий момент открыто приблизительно 170 экзопланет у нормальных звезд, но до сих пор рекордом считалась планета массой в 7 земных масс (GJ876d у красного карлика Gliese 876), найденная путем анализа слабого гравитационного воздействия этой планеты на звезду-хозяина. Применяя же новую технику, использующую эффект так называемого гравитационного микролинзирования (gravitational microlensing), в принципе можно достичь гораздо большего. Требуется лишь отслеживать такие события, при которых интересующая нас звезда при наблюдениях с Земли проходит перед другим, фоновым объектом. Световые лучи от этого фонового объекта в полном согласии с теорией Эйнштейна отклоняются под воздействием гравитации более близкой звезды, и при этом можно зафиксировать также и искажение (небольшой пик в интенсивности светового потока), внесенное гравитацией планеты, обращающейся вокруг изучаемой звезды.
К сожалению, такого рода события случаются довольно беспорядочным образом и, разумеется, уже не повторяются, что и делает соответствующие исследования довольно трудоемкими. Так, открытие OGLE-2005-BLG-390Lb (событие от 11 июля 2005 года) стало следствием изучения свыше пятисот случаев микролинзирования, идентифицированных за год международной коллаборацией OGLE (Optical Gravitational Lensing Experiment - Эксперимент по исследованию оптического гравитационного линзирования, стартовавший в 1992 году), что отслеживает 170 миллионов звезд в центральной "выпуклости" (балдже) Млечного пути. Австралийские астрономы из Перта, изучавшие некоторые из этих событий в составе другого консорциума, получившего наименование PLANET (Probing Lensing Anomalies NETwork - Сеть исследования линзовых аномалий), собственно и отыскали наиболее явный контрольный "сигнал" от планеты. Нужно отметить, что с помощью методов гравитационного микролинзирования и раньше находили планеты, но их масса прежде превышала в несколько раз массу Юпитера (было зафиксировано всего два подобных события и оба - в 2004 году - "очень горячие юпитеры" OGLE-TR-113 и OGLE-TR-132). А вот теперь доказано, что таким образом можно обнаруживать и небольшие планеты. Кроме всего прочего, новая находка позволит также проверить истинность текущих теорий формирования планет у красных карликов, которые составляют приблизительно 85% всех звезд в Галактике. С помощью применения других методов уже было показано, что планеты размером с Юпитер у таких звезд образуются чрезвычайно редко - они были найдены лишь у нескольких красных карликов, - и вот теперь выясняется, что эти прежние методы были просто недостаточно чувствительны, чтобы обнаруживать тела меньшего размера и массы. "Получается, что маломассивные планеты у небольших звезд (а они составляют большинство звездного населения Галактики) встречаются гораздо чаще, чем планеты, похожие на Юпитер", - говорит член исследовательской группы Дэвид Беннетт (David Bennett) из американского Университета Нотр-Дам (University of Notre Dame, штат Индиана). Скотт Годи (Scott Gaudi) из Гарвард-Смитсонианского астрофизического центра (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics - CfA, Кембридж, штат Массачусетс, США), предлагает возможное объяснение этому обстоятельству: объекты (собственно, частицы вещества из протопланетного облака, планетезимали), находящиеся на орбитах вокруг звезд, заметно уступающих по своим массам Солнцу (от 10 до 50% солнечных масс), движутся довольно медленно, и поэтому им требуется гораздо больше времени, чтобы столкнуться, слипнуться и превратиться в планеты. Планеты там просто лишены возможности вырастать до таких размеров, как у Юпитера, который в 318 раз массивнее Земли, потому что радиация звезды выдувает пыль, газ и прочие "строительные материалы" прежде, чем они образуют достаточно крупные планеты. К сожалению, небольшие размеры и масса нашего красного карлика (от 0,1 до 0,4 солнечной массы), а также удаленность новонайденной планеты от звезды-хозяйки (расстояние между ними приблизительно в 2,6 раза больше, чем радиус орбиты Земли) не позволяют считать ее местом, пригодным для жизни. На поверхности этой планеты должны царить температуры порядка -220°C, а это сравнимо с "климатом" Плутона и спутников Нептуна. Однако у других красных карликов наверняка могут отыскаться и более гостеприимные планеты. Информация об открытии, совершенном коллективом из 73 сотрудников от 32 различных учреждений, обнародована 26 января в выпуске журнала Nature.
| |||||||||||||
 |
|
|