Фабрика планет. Экзопланеты и поиски второй Земли - Элизабет Таскер

Было бы замечательно, если бы вокруг альфы Центавра еще и были планеты. Благодаря близости к Земле эта система давно будоражит воображение писателей и сценаристов, которые населяют звезды в ней всевозможными цивилизациями — от родины трансформеров Кибертрона[22] до описанного в «Автостопом по Галактике» города, в котором продают лучший пангалактический грызлодер.

Поэтому появившаяся в 2012 г. новость об обнаружении небольшого колебания лучевой скорости альфы Центавра B была встречена с большим воодушевлением. Амплитуда изменения лучевой скорости звезды указывала на объект с такой же массой, как у Земли, и периодом обращения 3,2 суток. Судя по короткой орбите, найденная планета была не чем иным, как покрытым лавой миром. Однако сам факт ее существования свидетельствовал о возможности планетообразования в системе альфы Центавра, тем самым давая надежду на то, что где-то дальше могут существовать миры с более умеренными характеристиками. Впрочем, нашлись те, кому открытие показалось неубедительным. Выявленное колебание скорости альфы Центавра B было ничтожно маленьким — практически неразличимым. Было ли оно достаточным, чтобы рассматриваться в качестве признака существования планеты?

Чтобы распознать в полученных с помощью телескопа данных колебание, вызванное планетой, сначала необходимо исключить все другие факторы, которые могут влиять на лучевую скорость звезды. Одним из главных факторов, часто приводящих к ошибкам, является собственная поверхность светила — появляющиеся на ней вспышки и пятна могут влиять на свет звезды. Совокупный эффект от них намного больше искомого изменения, так что даже незначительная ошибка в его оценке может привести к положительному результату при поиске планет.

Чтобы отфильтровать «шум», исходящий от самой звезды, данные были проанализированы еще раз с помощью другого метода. Работа требовала дотошности, на которую был способен только самый отъявленный скептик. Если планета существовала, ее признаки должны были определяться обоими методами. Но она исчезла. Полностью возможность наличия планеты рядом с альфой Центавра B новые результаты не исключали, но они определенно ставили под вопрос ее открытие. К счастью, в отличие от OGLE-2013-BLG-0341L B, в данном случае была возможность повторить наблюдения, чтобы собрать больше данных. Проблема заключается в том, что сейчас альфа Центавра A постепенно выравнивается на луче зрения с альфой Центавра В и в итоге заслонит ее от наблюдателей на Земле. Значит, мы не сможем узнать, есть ли у нас все-таки шанс попробовать пангалактический грызлодер, пока две звезды не разойдутся снова.

Зрелище двух солнц над пустынной планетой Татуин из «Звездных войн» считается одной из культовых сцен в истории научно-фантастического кинематографа. Исходя из того, что оба светила восходят и заходят одновременно, Татуин не просто обращается вокруг одиночного солнца — его орбита проходит вокруг обоих компонентов двойной системы. Такую орбиту называют околодвойной (циркумбинарной), или орбитой P-типа, противопоставляя ее околозвездной (циркумстелларной) орбите S-типа, по которой планета обращается только вокруг одного компонента двойной звезды. Когда франшиза «Звездных войн» еще только набирала обороты, такие планеты существовали исключительно в воображении сценаристов. Теперь мы знаем, что они вполне реальны.

В отличие от планет, обращающихся вокруг одиночных звезд, циркумбинарная планета движется на большем удалении от компонентов двойной звезды. Поэтому она в меньшей степени влияет на движение звезд, что затрудняет ее обнаружение по колебаниям лучевой скорости. Более подходящий метод в данном случае — пытаться зафиксировать прохождение планеты по диску одной из звезд или выявить воздействие гравитационного притяжения на период обращения компонентов двойной звезды.

Благодаря применению обоих этих методов в 2011 г. удалось обнаружить планету Кеплер-16 b. Система, в которой она была найдена, находится в 200 световых годах от нас в созвездии Лебедь. Образующие ее две звезды располагаются невероятно близко друг к другу — их отделяют всего лишь 0,22 а.е., что меньше расстояния между Солнцем и Меркурием. Размером обе звезды меньше нашего светила. Масса первой составляет 69% массы Солнца, второй — 20%. Расстояние между компонентами системы настолько мало, а их яркость настолько низка, что различить их при наблюдении не представляется возможным. Обнаружить двойственную природу системы помогает то, что в ходе орбитального движения звезды затмевают друг друга, о чем свидетельствует периодическое ослабление их общего блеска, имеющее место, когда они по очереди ныряют друг за друга.

Во время наблюдения с помощью телескопа «Кеплер» внимание исследователей привлекли три дополнительных падения светимости звезд, которые не совпадали с затмениями звезд. Такое уменьшение блеска указывало на существование третьего, невидимого тела, которое закрывало небольшую часть света двойной звезды. Причем затмения происходили не через равные промежутки времени, что свидетельствовало о циркумбинарной орбите, при которой время прохождения сдвигается из-за вращения двойной звезды.

Как бы ни велико было желание найти реальный прообраз Татуина, распознать в загадочном объекте планету удалось не сразу. Это вполне могла быть и третья звезда, например Проксима Центавра, пролетающая на большом удалении мимо двойной системы по своей орбите. Развеять сомнения помогло влияние, оказываемое интервентом на орбиты звездной пары. Как и в случае с изменением времени прохождения, описанным в главе 6, гравитация третьего тела вызывала незначительные отклонения во времени, когда две звезды затмевали друг друга. Величина таких отклонений прямо зависит от массы дополнительного элемента в системе. В данном случае его вес соответствовал весу планеты.

Небо нового мира было, как у Татуина, но сам он не был ни каменистым, ни горячим. При размере, сопоставимом с размером Сатурна, Кеплер-16 b совершает полный оборот вокруг двух звезд за 229 суток. Хотя год на этой планете приблизительно равен году на Венере, из-за небольшого размера своих светил тепла она получает немного, а температура поверхности на ней, согласно расчетам, составляет –73 °C. По времени прохождения и затмений удалось определить массу планеты и ее радиус, что позволило вычислить среднюю плотность — 0,964 г/см3. Она выше, чем у Сатурна (плотность которого составляет 0,687 г/см3), но намного меньше, чем у планет земного типа. Вероятно, мы имеем дело с гибридным миром, наполовину состоящим из горных пород и льда, а наполовину — из толстой водородно-гелиевой атмосферы.

Если точно следовать официальным правилам, планета Кеплер-16 b должна называться иначе — Кеплер-16 (AB) b. Такое название отражает тот факт, что она обращается вокруг обеих звезд. Но, учитывая, что они образуют тесную систему, неоднозначное толкование исключено, и поэтому обозначение AB обычно опускают.