Всего несколько десятилетий назад мы почти ничего не знали о планетах на орбитах других звёзд кроме Солнца. Конечно, предполагали, что они там есть, но наблюдать не могли. Слишком эти планеты далеко, а светимость по сравнению со светимостью звезды ничтожно мала. Первые достоверные открытия экзопланет (планеты вне Солнечной системы) случились в конце и80-х – начале 90-х годов XX века. В 1988 г. астрономы Б. Кэмпбелл, Г. Уолкер и С. Янг сообщили о предполагаемом открытии планеты у оранжевого субгиганта Гамма Цефея A. Окончательно открытие было подтверждено лишь в 2002 г. В 1991 г. Александр Вольшчан открыл планеты у нейтронной звезды PSR 1257+12. На сегодняшний день подтверждено существование 4812 экзопланет в 3558 планетных системах. Ещё несколько тысяч предполагаемых открытий ожидают своего подтверждения.
Когда астрономы говорят об открытии экзопланеты, как правило, это не значит, что им удалось, заглянув в объектив телескопа, разглядеть шарик планеты, как это бывает, например, с Марсом. Методом прямого наблюдения установлено наличие всего 5% известных экзопланет. Впервые это случилось в 2004 г., объект находится на расстоянии около 170 световых лет, но это очень большая планета, которая вращается вокруг ультрахолодного карлика.
В большинстве случаев изучение других звёздных систем ведётся гораздо более сложными и изощрёнными методами. Не такую уж скудную информацию о планетах, вращающихся вокруг звезды, можно раздобыть, внимательно изучая, как меняется испускаемый звездой свет.
Свет звёзд открыл людям очень много, с тех пор как в 1814 году были подробно изучены и описаны фраунгоферовы линии. Так, в честь описавшего их физика Йозефа Фраунгофера, были названы тёмные линии (линии поглощения), которые можно разглядеть на фоне радужной полосы видимого спектра. Впервые явление было зафиксировано в 1802 году Уильямом Волланстоном, но Фраунгоферу мы обязаны более детальным описанием. Он выделил 574 таких линии, сейчас в спектре Солнца их выделяют тысячи. Как выяснилось, появление тёмной линии на определенной длине волны линии поглощения означает присутствие в светящемся объекте определённых химических элементов. Дальнейшее развитие этой идеи привело к появлению современных спектрографов, которые очень много рассказали о химическом составе небесных тел.
В 1842 году Кристиан Доплер теоретически обосновал зависимость частоты звуковых и световых колебаний, воспринимаемых наблюдателем, от скорости и направления движения источника волн и наблюдателя относительно друг друга (эффект Доплера). То есть, анализируя свет звезды можно определить совсем небольшие её перемещения относительно наблюдателя, и это помогает в поиске новых планет.
Когда мы говорим, что планета движется вокруг звезды, мы выражаемся не совсем точно. На самом деле оба небесных тела вращаются вокруг общего центра масс. Просто, чем больше разница в массе двух тел, тем ближе этот центр масс расположен к центру крупнейшего тела. Но, тем не менее, звезда тоже совершает круговое движение, пусть и очень небольшого радиуса. Следовательно, наблюдая периодические изменения в смещении спектра звезды можно не только установить наличие планеты, но и приблизительно оценить её массу.
Ещё один способ найти экзопланету – зафиксировать регулярное падение светимости звезды на определённую величину и через определённый промежуток времени. Это происходит, когда планета проходит через диск. Таким образом можно установить радиус, и если ту же самую планету удалось наблюдать ещё и с помощью эффекта Доплера, то можно уже прикинуть плотность. А ещё при прохождении планеты через диск звезды можно кое-что узнать о химическом составе атмосферы этой планеты с помощью спектрографа.
Эти методы – первые в очереди, но ими возможности астрономов не исчерпываются. Специалисты постоянно разрабатывают новые, стараются применять их комплексно. Довольно часто между предполагаемым и подтверждённым открытием планеты проходят годы, а то и десятилетия.
Однако, до сих пор астрономам удавалось находить новые планеты лишь в пределах нашей Галактики, на расстоянии не превышающей 30 тыс. световых лет. Но вот на днях появилась публикация о предполагаемом открытие «экзо-экзопланеты» в далёкой-далёкой галактике, а именно в галактике М51, она же галактика Водоворот. Планету и наблюдателя разделяет расстояние в 28 миллионов световых лет!
Это стало возможным, благодаря новому методу, который заключается в том, что транзит планеты через диск звезды наблюдают не в оптическом, а рентгеновском диапазоне. К сожалению, он эффективен не для всех звёздных систем, а только для таких, где происходит выброс высокоэнергетического рентгеновского излучения очень компактного размера.В данном случае, речь идёт о довольно редкой двойной системе, одним из компонентов которой является либо нейтронная звезда, либо чёрная дыра. В такой системе при прохождении планеты перед нейтронной звездой (или черной дырой) происходит почти полное блокирование этого рентгеновского излучения, а не падение светимости на 1-2 процента, как при обычном транзитном методе. Благодаря этому, событие можно засечь с огромного расстояния.
Предполагаемая планета в двойной системе M51-ULS-1 имеет размер примерно как у Сатурна и обращается вокруг своего светила на расстоянии, приблизительно вдвое большем. Это довольно печально. Сатурн завершает свой оборот вокруг Солнца почти за 30 лет. Предполагаемый период оборота новооткрытой планеты может быть 70 лет, повторного транзита, чтобы подтвердить открытие придётся ждать очень долго. Но всё таки начало изучению «экзо-экзопланет» положено. Данные были получены при помощи космической обсерватории «Чандра».
Путеводитель по каналу «Кот-учёный». 2019-2020
#астрономия #космос #экзопланеты #открытия #нейтронные звёзды #чёрные дыры
