Обнаружен редкий случай вращения звезды вокруг планеты. Астрономы говорят, что вокруг всех звезд есть планеты

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. .

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".

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.