Основной задачей космического телескопа WFIRST (Wide Field Infrared Survey Telescope - Широкополосного инфракрасного обзорного телескопа) будет поиск внесолнечных планет, расположенных в центре Млечного Пути, где расположено большинство звезд в нашей галактике. Описывая эти планеты, мы лучше узнаем различные типы планетных систем в нашей галактике.
Когда ученые объединят экзопланеты, обнаруженные WFIRST, с планетами, обнаруженными телескопами Kepler и TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite), появится первый список планет Млечного Пути, включающий тела разных масс, движущихся по разным орбитам.
Большинство обнаруженных к настоящему времени внесолнечных планет были обнаружены, когда они проходили на фоне дисков своих звезд-хозяев, перекрывая часть их излучения. Телескоп WFIRST также сможет фиксировать такие транзиты, но по умолчанию он будет искать совершенно противоположный эффект - небольшое увеличение яркости звезд, вызванное так называемыми микролинзирование. Эти типы явлений встречаются намного реже, чем транзиты, потому что они основаны на случайном расположении двух далеких звезд, пересекающих пространство.
Явления микролинзирования, вызванные малыми планетами, редки и непродолжительны, но все же более продуктивны, чем наблюдения другими методами, - говорит Дэвид Беннетт, исследователь Центра космических полетов имени Годдарда NASA в Гринбелте. Поскольку вероятность записи такого сигнала составляет один на миллион, нам нужно наблюдать сотни миллионов звезд, чтобы найти планеты с низкой массой, используя телескоп WFIRST.
Более того, микролинзирование является более эффективным методом при поиске планет, расположенных в экосфере звезды, то есть в диапазоне расстояний от звезды, на которых жидкая вода может потенциально находиться на поверхности каменистых планет.
Гравитационное микролинзирование
Это явление происходит, когда свет проходит вблизи массивного объекта. Каждый объект с массой изгибает пространство-время, которое его окружает. Свет движется в пространстве по прямой линии, но если само пространство искривлено - например, около звезды - свет, движущийся по прямой линии изгибается в пространстве-времени.
Каждый раз, когда, глядя из нашей точки в пространстве, две звезды проходят очень близко друг к другу, лучи света от далекой звезды изгибаются, проходя через искривленное пространство-время рядом с более близкой звездой. Если звезды буквально проходят одна за другой, то ближняя действует как естественная космическая линза, фокусируя и увеличивая интенсивность излучения отдаленной звезды.
Потенциальные планеты, вращающиеся вокруг проксимальной части обеих звезд, также могут влиять на свет линз, действуя как линзы меньших размеров. Деформации планет позволяют астрономам измерять массу этих планет и расстояние до звезды-хозяина. Вот как WFIRST намеревается открывать новые планеты.
Попытка описать население планет в Млечном Пути сегодня напоминает попытки интерпретировать наполовину покрытые изображения. Чтобы полностью понять планетные системы, мы должны обнаружить планеты всех масс, вращающиеся на любом расстоянии от их звезд. Ни один телескоп не позволит этого, но когда мы объединим коллекции планет, обнаруженные с WFIRST, Kepler и TESS, у нас будет более полная картина, - говорит Мэтью Пенни, доцент кафедры физики и астрономии в Университете Луизианы в Батон-Руж.
Из более чем 4000 обнаруженных к настоящему времени планет только 86 были обнаружены микролинзированием. Методы, используемые в настоящее время для поиска других планет, позволяют обнаруживать планеты, совершенно отличные от планет Солнечной системы. Метод транзита позволяет выявить наибольшее количество планет с массой, меньшей массы Нептуна, и находящихся на орбите ближе к своей звезде, чем Меркурий. Если бы мы использовали метод транзита в Солнечной системе, мы, скорее всего, не заметили бы ни одну из восьми планет.
Микролинзирование, которое вскоре будет искать WFIRST, позволит нам обнаружить аналоги каждой из планет Солнечной системы, кроме Меркурия, узкая орбита и малая масса которого вывели его из зоны действия этого телескопа. Однако WFIRST сможет найти планеты с массой, аналогичной массе Земли или менее, а также сможет обнаружить большие луны, такие как Ганимед и Титан.
WFIRST также обнаружит планеты из других недостаточно изученных категорий. Микролинзирование хорошо подходит для изучения планет, находящихся позади экосферы звезды, таких как Уран и Нептун. Хотя в нашей планетной системе есть только два ледяных гиганта, исследования показывают, что они могут быть наиболее распространенным типом планет в Млечном Пути.
WFIRST будет искать там, где еще никто не искал
Космический телескоп Kepler искал планеты на площади 100 кв. градусов у примерно 100 000 звезд на расстоянии примерно 1000 световых лет. Tess исследует все небо, отслеживая 200 000 звезд, но на расстоянии всего около 100 световых лет. Напротив, WFIRST будет анализировать только 3 кв. градуса неба, но будет отслеживать 200 миллионов звезд на расстоянии до 10 000 световых лет.
Как инфракрасный телескоп, WFIRST будет наблюдать за облаками пыли и газа, которые мешали другим телескопам искать планеты в перенаселенной центральной части Млечного Пути.
По оценкам ученых, обзор явлений микролинзирования позволит нам обнаружить еще тысячи внесолнечных планет, а также сотни других своеобразных и интересных космических объектов: исследователи смогут обнаружить объекты, которые свободно перемещаются в пространстве с массой от Марса до 100 солнечных масс. На одном конце этого диапазона планеты, выброшенные из своих планетных систем из-за взаимодействия с газовыми гигантами. Чуть дальше - коричневые карлики, объекты слишком большие, чтобы называться планетой, но недостаточно массивные, чтобы стать звездами. Объекты этого типа не сияют как звезды, но WFRIST сможет видеть их в инфракрасном диапазоне, потому что они испускают остаточное тепло, оставшееся от периода их формирования.
Жестокая реальность
Закон о бюджете 2020 года предусматривает финансирование проекта WFIRST до сентября этого года. Однако предложение по бюджету на 2021 год включает положение, в котором предлагается отменить финансирование для телескопа WFIRST и сосредоточиться на завершении подготовки космического телескопа "Джеймс Уэбб", запуск которого (хотя и маловероятный) в настоящее время запланирован на март 2021 года.
Источник: NASA
