15.09.2008

Снялась пока молодая

Астрономам впервые удалось сфотографировать планету у другой звезды. Звезда не сильно отличается от Солнца, а вот планета совсем не похожа на членов нашей Солнечной системы.

Первая планета, обращающаяся вокруг далёкой звезды, была открыта лишь в 1995 году. С тех пор астрономы нашли уже более 300 внесолнечных планет, обращающихся вокруг примерно сотни звёзд. Однако все они за редкими исключениями совсем не похожи на нашу родную Солнечную систему. Планеты с массой гиганта Юпитера могут кружиться вокруг своих звёзд в десятки раз ближе, чем Меркурий вокруг Солнца, и двигаться по сильно вытянутым орбитам, так отличающимся от почти круговых траекторий больших тел Солнечной системы.

Причины того, что другие системы так не похожи на Солнечную, – «предвзятость» астрономов, а точнее, их методологии. Похожие на Солнечную систему планетные семейства разглядеть современными методами просто очень сложно.

Абсолютное большинство внесолнечных планет открыты по их влиянию на движение или свет звёзд, вокруг которых они обращаются. Влияние тем сильнее, чем планета ближе находится к своей звезде.

Ясно, что такими средствами объективные представления о планетных системах сформировать сложно. Чтобы увидеть более полную картину, канадские астрономы под руководством Давида Лафреньера из Университета Торонто несколько лет назад организовали программу поиска планет, находящихся, наоборот, как можно дальше от своих звёзд. Они шаг за шагом осматривают окрестности расположенных недалеко от Земли звёзд (увидеть свет планет, находящихся далеко, надежд мало) в поисках дополнительных источников света и подробно изучают те из них, что находят.

При этом астрономы решили искать планеты не по отражённому ими свету звёзд, которого на удалённые тела приходит совсем немного, а на свет, который излучают сами планеты в юности.

Звёзды и планеты формируются из одного и того же газопылевого облака, которое постепенно сжимается под действием собственной гравитации. При этом сжатии выделяется довольно много энергии, благодаря которому вещество нагревается и ярко светит. Светятся и протозвёзды, и протопланеты, хотя первые гораздо ярче благодаря своим существенно большим размерам.

В дальнейшем эволюционные пути звёзд и планет расходятся: условия в центрах звёзд позволяют им зажечь ядерные реакции превращения водорода в гелий, планетам же, лишённым такого источника энергии, суждено медленно остывать. Тем не менее в юности планеты светятся очень ярко. Например, Юпитер на заре своего существования светился в тысячи раз ярче, чем сейчас. Искать свет горячих своим собственным жаром, а не нагретых звёздами планет и решили Лафреньер и его коллеги.

Для этого они сосредоточились на нескольких группах молодых звёзд – так называемых звёздных ассоциациях, расположенных недалеко от Земли. В случае со звёздной ассоциацией, центр которой расположен примерно в 500 световых годах от Земли в направлении на созвездие Скорпиона, к астрономам наконец пришёл успех.

Разглядывая звёздочку 1RXS J160929.1-210524, расположенную недалеко от «верхней клешни» этого созвездия, с помощью инфракрасной аппаратуры одного из телескопов-близнецов Gemini, расположенного на Гавайях, Лафреньер и его коллеги заметили в двух угловых секундах к северо-востоку от неё в несколько тысяч раз более слабый объект.

Учёные заинтересовались светилом и получили его спектр, который подтвердил их догадки. По предварительным данным, это первая планета возле далёкой звезды, изображение которой удалось получить напрямую.

Работа учёных должна появиться в одном из ближайших выпусков Astrophysical Journal Letters.

Сама 1RXS J160929.1-210524 – это молодая звезда спектрального класса K7, возраст которой астрономы оценивают примерно в 5 миллионов лет; столько же и другим звездам ее ассоциации в северной части созвездия Скорпиона. Она примерно на 15% легче Солнца (впрочем, со сравнимой погрешностью), примерно настолько же меньше нашей звезды и существенно холоднее её – температура поверхности составляет примерно 3600-4100 градусов по Цельсию против 5500 градусов по шкале шведского астронома у Солнца.

Её напарник – куда более интересный объект. Его температуру учёные оценивают в 1400–1700 градусов по Цельсию, а массу – примерно в 8 масс Юпитера. При этом речь идёт об очень молодом объекте: сила тяжести там, где формируется основная часть излучения (её можно оценить по соотношению плотности и температуры, отражающемуся на виде спектра), очень невелика, а значит, скорее всего, объект всё ещё находится в стадии сжатия.

Впрочем, неточность определения массы заключает её в интервал от примерно 7 до 12 масс Юпитера (от 0,7% до 1,2% масс Солнца).

В любом случае этот объект можно назвать планетой: даже значение в 12 юпитерианских масс ниже предела, отделяющего планеты от так называемых бурых карликов.

Эти объекты, как и планеты, слишком легки, чтобы зажечь реакции превращения водорода в гелий, но их массы всё-таки хватает, чтобы на стадии сжатия в них некоторое время продолжались ядерные реакции превращения дейтерия (тяжёлого изотопа водорода) в гелий. Всю оставшуюся после этого недолгого периода славы жизнь бурые карлики, так и не став настоящими звёздами, светятся, как и планеты, медленно остывая.

Расположена планета, пока не получившая не то что имени, но даже собственного обозначения, как минимум в 300 астрономических единицах (1 а. е. – это среднее расстояния от Земли до Солнца), или примерно в 45 миллиардах километрах, от 1RXS J160929.1-210524. Это вдесятеро больше, чем расстояние от Солнца до самой далёкой планеты Солнечной системы – Нептуна, что, по мнению Лафреньера и его коллег, плохо вяжется с современными теориями образования планетных систем. Плотность протопланетного диска на таких расстояниях должна быть ничтожна, и там вряд ли может появиться что-то крупное. Возможно, объекты, подобные тому, что кружит вокруг 1RXS J160929.1-210524, образуются совсем не так, как члены нашей планетной семьи и всех внесолнечных систем, известных астрономам.

Расстояние, впрочем, может быть даже большим, если соединяющий их отрезок мы видим под углом к лучу зрения, отличающимся от прямого.

Да и сама планета, возможно, лишь случайно проецируется на окрестности J160929.1-210524.

Лафреньер оценивает шансы такого совпадения хотя бы у одной из 82 осмотренных астрономами членов ассоциации как 1:3000. Тем не менее его оценка спорна, поскольку основана на предположении, что подобных напарнику J160929.1-210524 объектов в ассоциации столько же, сколько звёзд массой больше 10% массы Солнца, которые все каталогизированы. Предположение, надо признать, сомнительное, так как мелких объектов в астрономии обычно оказывается куда больше, чем крупных.

Доказать, что напарник J160929.1-210524 действительно гравитационно связан с этой звездой, могут наблюдения движения двух объектов. Проследить обращение одного вокруг другого вряд ли получится – оборот по такой орбите должен продолжаться минимум несколько тысяч лет. Но, если астрономы увидят, что они движутся в одну сторону, это резко снизит вероятность того, что близость их расположения случайна. В любом случае J160929.1-210524 и её напарник расположены так далеко, что потребуется несколько лет, чтобы замерить их перемещение по небу.

Лафреньеру и его коллегам, конечно, очень хотелось бы, чтобы близость двух тел была не случайной. Иначе ни о каком первенстве они говорить не смогут.

Ведь другим астрономам уже удавалось и зафиксировать свет, отражённый от внесолнечной планеты, и составить очень грубую «карту» другой далёкой планеты по вариациям потока отражённого ею звёздного света. Удавалось непосредственно разглядеть и бурый карлик на орбите вокруг другой звезды, и планету массой около 8 масс Юпитера на орбите вокруг другого бурого карлика.

Канадские астрономы надеются, что они первые, кто увидел пару из настоящей планеты и настоящей звезды. Пускай и очень молодых и странных.

Источники:

1. Газета.Ru