Фабрика планет. Экзопланеты и поиски второй Земли - Элизабет Таскер

Из проведенных Эддингтоном измерений следовало, что свет отклоняется на 0,00045 градуса, что соответствовало гипотезе Эйнштейна. После сообщения Эддингтона теория Эйнштейна оказалась в центре всеобщего внимания. Несмотря на возбуждение публики, сам Эйнштейн отнесся к всплеску внимания с равнодушием. Журналисту, который спросил, как бы он себя чувствовал, если бы наблюдения Эддингтона опровергли его теорию, Эйнштейн ответил: «Тогда мне не осталось бы ничего другого, как посочувствовать уважаемому господину Эддингтону. Теория в любом случае верна».

Отклонение света может свидетельствовать о присутствии невидимого массивного объекта, такого как тусклая звезда или планета. Основанный на этом наблюдении метод обнаружения объектов называют гравитационным микролинзированием, так как скрытый объект выступает в качестве линзы, вызывающей отклонение света. В обычных линзах (таких, например, как линзы в очках) свет по краям преломляется сильнее, чем в середине, что обеспечивает фокусировку лучей в одной точке. Гравитационные линзы создают противоположный эффект: чем ближе свет к центру, тем больше величина отклонения. В результате свет фокусируется в кольцо, а не в одну точку, образуя яркий кольцевидный ободок вокруг линзы, называемый кольцом Эйнштейна. Если в качестве линзы выступает объект с огромной массой, такой как целая галактика, то кольцо четко видно. В случае с объектами меньшего размера, такими как звезды, кольцо неразличимо. Единственный способ увидеть его — это наблюдать за другой, более далекой звездой, свет от которой будет становиться ярче, а затем тускнеть при ее прохождении за линзой, так как яркость кольца выше, чем этой звезды самой по себе.

Поскольку все, что имеет массу, заставляет свет отклоняться, планета, обращающаяся вокруг линзируемой звезды, также должна вносить свой вклад в это явление. Выступая в качестве дополнительной мини-линзы, она вызывает заметное изменение величины, на которую увеличивается и уменьшается яркость фонового источника. Как раз благодаря такому изменению и удалось обнаружить OGLE-2013-BLG-0341L B b.

Акроним OGLE, который можно называть одним из лучших в истории изучения Галактики, расшифровывается как «оптический эксперимент по гравитационному линзированию» (Optical Gravitational Lensing Experiment). Руководство проектом OGLE осуществляют специалисты из Варшавского университета в Польше, а большинство наблюдений проводятся в обсерватории Лас-Кампанас в Чили. Хотя основной задачей OGLE является изучение темной материи, в рамках проекта удалось обнаружить уже около 20 экзопланет. Планета OGLE-2013-BLG-0341L B b попала в поле зрения исследователей, когда они занимались поиском объектов в области звездного балджа — густо усеянной звездами центральной части нашей Галактики. Отсюда сокращение BLG в ее названии, которое указывает на то, что она находится в балдже (bulge). Цифры 2013 указывают на год начала сезона наблюдения, а 0341 — обычный порядковый номер. Последняя буква L является признаком того, что объект был найден с помощью линзирования. Она помогает отделить его от ряда других объектов, обнаруженных в рамках OGLE с помощью транзитного метода. Прописная буква B означает, что звезда, к которой относится планета, не одинока: она является частью двойной системы с очень маленьким расстоянием между звездами.

В ходе эпизода линзирования было зафиксировано три скачкообразных изменения яркости при прохождении фоновой звезды позади системы: два больших двойных от каждой из двух звезд и еще один поменьше — от планеты. Анализ показал, что система состоит из двух тусклых карликов, обращающихся одна вокруг другой на расстоянии 15 а.е., что больше расстояния от Солнца до Сатурна, но меньше, чем до Урана. Планета обращается вокруг одной из этих звезд на близком к земному расстоянии 0,8 а.е. при массе, приблизительно в 2 раза превышающей массу нашей планеты. Несмотря на незначительную разницу в расстоянии до звезды, обнаруженная планета оказалась намного холоднее Земли. Причина в том, что при массе, равной 10–15% массы Солнца, карликовая звезда приблизительно в 400 раз тусклее нашего светила. Поэтому новая планета — это холодный, темный мир с температурой поверхности около –213 °C, что делает его холоднее Европы — ледяного спутника Юпитера. Даже если эта планета имеет твердую поверхность, на Землю она не похожа.

Несмотря на отсутствие сходства с Землей, OGLE-2013-BLG-0341L B b служит доказательством возможности формирования планет вокруг звезды, у которой есть очень близкий компаньон. Вопрос о том, как именно планета смогла собрать достаточно вещества в столь плотно организованной системе, остается открытым, но ряд идей, объясняющих ее формирование, кажутся вполне убедительными. Согласно одной из самых простых гипотез, высокая скорость столкновения планетезималей, обусловленная эллиптической формой их орбит, не является такой уж большой проблемой, как считалось ранее. Сопротивление со стороны газа может компенсировать воздействие притяжения второй звезды, удерживая планетезимали на круговых орбитах. Вторая идея связана с таким механизмом, как потоковая неустойчивость, о котором шла речь в главе 2. Предполагается, что планетезимали могут скапливаться и падать в центр под действием собственной совокупной гравитации.

Согласно еще одной интригующей гипотезе, компоненты двойной звезды когда-то существовали отдельно друг от друга. Звезды образуются в скоплениях, где расстояние между звездными соседями совсем невелико. В этих условиях могут появляться звездные системы с тремя и более звездами, обращающимися вокруг общего центра масс. Они могут быть нестабильными: скорости звезд постоянно изменяются под воздействием гравитационных сил из множества источников. В определенный момент группа распадается, и из нее выбрасывается звезда. Отдав большое количество энергии выброшенной звезде, оставшиеся звезды сближаются. Если OGLE-2013-BLG-0341L B когда-то была частью такой тройки, при сокращении числа звезд в системе до двух расстояние между ними могло сократиться с более чем 100 а.е. до текущего небольшого значения. Поэтому процесс формирования планеты вполне мог проходить в относительной безопасности, без вмешательства звезды-компаньона. А когда звезды сблизились, планета осталась на той же орбите.

К сожалению, мы, скорее всего, никогда больше не сможем наблюдать OGLE2013-BLG-0341L B b. Фоновая звезда и планетная система-линза удалились друг от друга. Чтобы снова увидеть планету, придется ждать, пока они выровняются относительно друг друга определенным образом. Получается, что, зная о существовании этого холодного мира, мы можем никогда больше не увидеть его с Земли.

Но не стоит унывать: у нас есть другая, схожая система с планетой, которая доступна для систематического изучения. А тот факт, что планета обращается вокруг одной из ближайших к Земле двойных систем, открывает поистине захватывающие перспективы. Правда, есть одна небольшая загвоздка: возможно, планета эта не существует.

Располагаясь всего в 4 световых годах от Земли, система альфы Центавра является нашим ближайшим звездным соседом и третьей по яркости звездой в ночном небе. Хотя при наблюдении невооруженным глазом она выглядит как одиночная звезда, на самом деле это тройная звездная система, состоящая из тесной двойной системы и удаленной карликовой звезды. В отличие от гипотетического трио, которое, возможно, существует в системе с планетой OGLE-2013-BLG-0341L B b, небольшой размер третьей звезды и большое расстояние между ней и двумя другими звездами обеспечивают стабильность всей системы альфы Центавра. Центральные звезды, образующие двойную систему, обозначаются как альфа Центавра A и B. Их масса приблизительно равна масс Солнца. Период обращения вокруг общего центра масса составляет 80 лет, а среднее расстояние между ними — 11 а.е., то есть чуть больше, чем расстояние от Солнца до Сатурна. Третья звезда — Проксима Центавра — находится ближе всех к Земле. При этом расстояние от нее до двойной системы равно 15 000 а.е.