Новый класс планетных систем с двумя звездами
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.
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 ходе детальных наблюдений в рамках программы поиска планет WASP Европейские астрономы обнаружили новый коричневый карлик во время транзита по его звезде. Недавно найденный объект, обозначенный в каталоге как WASP-128b, обладает одной существенной особенностью, его приливные взаимодействия со звездой постоянно меняются. Открытие подробно описано в документе, опубликованном 19 июля на сайте arXiv.org.
Коричневые карлики считаются промежуточным этапом между планетами и звездами. Астрономы в целом согласны с тем, что они являются субэлементарными объектами, занимающими диапазон масс от 13 до 80 масс Юпитера. На сегодняшний день большинство обнаруженных коричневых карликов одиноки в космическом пространстве. Однако у некоторых коричневых карликов существуют орбитальные звезды, и, что примечательно, 16 процентов таких звезд имеют компаньонов более массивных, чем Юпитер, но всего 1 процент из них можно отнести к разряду коричневых карликов.
Кроме того, было обнаружено, что только несколько коричневых карликов вращаются вокруг звезд G-типа. Считается, что такие объекты в G-карлических системах подвергаются быстрому орбитальному распаду из-за неуловимой приливной диссипации. Расширение списка известных коричневых карликов в таких системах могло бы помочь в изучении различных моделей эволюции.
Недавно группа астрономов во главе с Ведадом Ходзичем из Университета Бирмингема, США, обнаружила новый коричневый карлик. Транзитный сигнал на кривой блеска звезды WASP-128 был идентифицирован с использованием 0,6-метрового роботизированного телескопа TRAPPIST и 1,2 м телескопа Эйлера, расположенного в обсерватории ESO La Silla в Чили. Последующие спектроскопические наблюдения этой звезды подтвердили, что сигнал был вызван массивным околозвездным спутником, вращающимся вокруг хозяина.
«Мы сообщаем об открытии WASP-128b, нового транзитного коричневого карлика, обнаруженного в ходе обследования WASP, на близкой орбите G0V, где измеренная скорость вращения звездной системы позволяет ее охарактеризовать как систему с динамическим приливом, что свидетельствует о наличии сильных приливных связей между этой парой «, — пишут исследователи в своей статье.
WASP-128b имеет размеры Юпитера (0,94 радиуса Юпитера), но в 37,5 раз больше, чем самая большая планета нашей Солнечной системы. Он заставляет вращаться вокруг него свою родительскую звезду и совершать полный оборот каждые 2,2 дня.
Более того, исследователи обнаружили, что WASP-128b постепенно расширяется и согласно подсчетам «жить» ему осталось порядка 267 миллионов лет.
Астрономы отметили, что это значение похоже на то, что присутствует у некоторых массивных «горячих Юпитеров» экзопланет находящихся на коротких орбитах.
При этом звезда-хозяйка расположена примерно в 1375 световых годах от Земли и на 16 процентов больше и массивнее Солнца. Она имеет постоянную температуру 5950К, предполагаемый возраст около 2,3 миллиарда лет и период вращения около 2,93 дня. Как отмечается в документе, такая скорость вращения указывает на приливное раскручивание, которое происходит из-за его массивного компаньона.
нравится(9 ) не нравится(8 )
Исследователи из Принстона и Калифорнийского технологического института в компьютерной модели поместили землеподобную планету на орбиту двойной звезды Kepler-35(AB). Оказалось, что условия на такой планете могли бы быть пригодными для возникновения и поддержания жизни. Даже несмотря на то, что на такую «Землю» действовало бы притяжение обеих звёзд и она перемещалась бы по причудливой, изогнутой орбите.
К сожалению, потенциально обитаемая планета, на небосводе которой светят два солнца, как на Татуине из саги «Звёздные войны», существует только в компьютере. В реальности в системе Kepler-35(AB) наблюдают планету в восемь раз большую, чем Земля, которая совершает полный оборот вокруг двух звёзд всего за 131,5 дня.
По словам исследователей, работа всё же дала важный результат. «Это означает, что системы с двойными звёздами, подобные той, которую мы рассматривали, прекрасно подходят для обитаемых планет, несмотря на значительные различия в объёме солнечного света, который гипотетические планеты в такой системе будут получать», — пояснил один из участников исследования Макс Попп, научный сотрудник Принстонского университета и Института метеорологии Макса Планка в Гамбурге.
Атмосфера из горячего пара
Практически одновременно c новостью о Kepler-35(AB) пришло ещё одно интересное известие. Джону Саутуорту из Килского университета в Великобритании с помощью телескопа ESO/MPG (располагается в Чили) впервые определить наличие атмосферы у планеты, которая может быть похожа на Землю. Планета GJ 1132b обращается вокруг достаточно холодной звезды, красного карлика GJ 1132. Считается, что это скалистое небесное тело на 20% больше Земли в диаметре и на 60% — по массе. Такие планеты называют суперземлями. GJ 1132b находится «всего» в 39 световых годах от Земли.
На некоторых снимках, сделанных с помощью радиотелескопов, планета оказалась меньше, чем на других. Учёные рассмотрели эти снимки и пришли к выводу, что определённая область у края небесного тела прозрачная. Эта область, окружающая планету, и есть её атмосфера. По мнению учёных, газовая оболочка GJ 1132b состоит большей частью из метана или водяного пара. Наличие пара особенно заинтересовало учёных, поскольку это значит, что на планете есть жидкая вода, которая испаряется и образует атмосферу.
Минус три
Планеты, подобные GJ 1132b, похожи по размеру и составу на Землю и находятся на таком расстоянии от своих звёзд, что на них вполне могли сложиться условия для зарождения жизни.
Между тем пока такие планеты всё чаще разочаровывают учёных. Так, по меньшей мере три планеты из семи обращающихся вокруг красного карлика TRAPPIST-1, могут на деле оказаться мёртвыми мирами. Учёные из венгерской Обсерватории Конкоя представили на суд коллег исследование магнитного поля звезды. Оказалось, активность TRAPPIST-1 способна провоцировать частые и мощные магнитные бури.
Подобная геомагнитная буря на Земле в 1859 году вывела из строя телеграфные системы в Европе и Америке. Полярное сияние можно было наблюдать с берегов Карибского моря. С учётом того, что планеты в системе TRAPPIST-1 ближе к звезде, чем Земля к Солнцу, вспышки подобной силы происходят там гораздо чаще. Судя по имеющимся данным, за 80 дней их число может достигать пяти, а более слабые вспышки происходят в четыре раза чаще, чем на Земле. Подобная активность могла сделать атмосферу этих планет непригодной для жизни.
Звезда против атмосферы
Другим разочарованием грозит исследование планеты Проксима b, обращающейся вокруг красного карлика Проксима Центавра. Это ближайшая к Земле экзопланета, расположенная на расстоянии чуть больше четырёх световых лет.
Учёные из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики представили свои модели, согласно которым зарождению жизни на Проксиме b могли помешать не только вспышки на звезде, но и звёздный ветер, гораздо более сильный и неоднородный, чем солнечный. Как недавно сообщили специалисты, именно из-за солнечного ветра мог некогда лишиться своей атмосферы Марс: поток плазмы постепенно выбил больше половины частиц его газовой оболочки в космос. Нечто подобное, вероятно, произошло и с Проксимой b.
Однако скоро у учёных появится возможность узнать гораздо больше о том, есть ли атмосфера у планет в других системах и каков её состав. На 2018 год запланирован запуск космического телескопа имени Джеймса Уэбба, разработанный NASA, Европейским и Канадским космическими агентствами. Он позволит взглянуть на планеты в инфракрасном спектре и проанализировать состав их атмосфер.
Открытая два года назад планета, вращающаяся вокруг сразу двух «солнц», немало удивила научный мир и доказала, что аналоги фантастической планеты Татуин из «Звездных войн» действительно существуют.
Позднее были найдены целые планетные системы, вращающиеся вокруг двойных звезд, однако вопрос о том, могут ли они в принципе быть пригодны для жизни, оставался открытым.
Ученые из международного проекта FACom (Группа вычислительной физики и астрофизики) совместно с мексиканскими астрономами доказали, что двойные светила могут в целом быть более благоприятны для возникновения жизни, чем одиночные. Говоря о возможной обитаемости, или так называемой «зоне обитаемости», куда попадают или не попадают экзопланеты, астрономы, как правило, подразумевают количество излучения, получаемого планетой от звезды: там должно быть не слишком жарко и не слишком холодно для существования жидкой воды. Выполнение этого условия зависит главным образом от температуры самой звезды и расстояния до планеты. Однако для наличия на планете мягкого климата необходимого притока тепла мало.
Еще нужна и плотная влажная атмосфера, задерживающая тепло и позволяющая воде выпадать в качестве осадков.
Поэтому для планеты мало родиться на нужном расстоянии от светила — важно уберечь свою газовую оболочку на самых ранних этапах планетной системы, когда пространство вокруг юной звезды пронизано жестким ультрафиолетовым и рентгеновским излучением, сдувающим атмосферы с планет.
Известно, что наличие такого жесткого излучения у молодых звезд связано с их быстрым вращением и большой магнитной активностью. К примеру, если сегодня на диске Солнца астрономы могут заметить лишь несколько темных пятен одновременно, то сложно представить, какова была картина миллиарды лет назад, когда наше светило вращалось в 5 раз быстрее. По мнению астрономов, именно Солнце в далеком прошлом сделало Марс и Венеру непригодными для жизни.
Солнце раздуло атмосферу близкой Венеры, удалив из нее воду, а с легкого Марса просто сдуло его газовую оболочку.
Ученые под руководством Хорхе Сулуаги из Университета Антьокия (Колумбия) считают, что двойные звезды имеют механизм, благоприятствующий возникновению рядом обитаемых планет. Механизм этот прост: двойные звезды формируются из общего протозвездного облака и с момента рождения гравитационно связаны друг с другом. Приливные силы деформируют звезды, выпячивая их ближние бока по направлению друг к другу и останавливая собственное вращение. Благодаря этому вращение звезд с самого начала становится синхронным: двигаясь вокруг общего центра масс, каждое светило смотрит на соседку одной стороной. Точно такой же механизм когда-то заставил нашу Луну навсегда повернуться одной стороной к Земле.
Этот эффект называют приливной синхронизацией, наблюдается он во вращении двойных звезд, астероидов, планет и их спутников.
Выигрыш от рано остановивших свое вращение звезд для планет очевиден: сразу после рождения они получают куда меньше жесткого излучения и имеют все шансы сохранить атмосферу и воду.
В своей работе, опубликованной в журнале Astrophysical Journal , ученые проанализировали условия в шести известных сегодня планетных системах с двумя звездами — Kepler 16, Kepler 34, Kepler 35, Kepler 38, Kepler 47 и Kepler 64 — и пришли к выводу, что по меньшей мере на трех из них есть подходящие для жизни условия, так как одна из звезд синхронизировала свое вращение. А в системе звезды Kepler 35, состоящей из двух солнцеподобных звезд, внутри зоны обитаемости могут находиться минимум две планеты.
