Планеты находятся залпом

Первые внесолнечные планеты были открыты в начале 1990-х годов, и к настоящему времени известно уже почти три сотни планет, обращающихся вокруг далёких звёзд. Несложно подсчитать, что в среднем все астрономы открывают по 20 новых миров в год. Команде ученых, участвующих в проекте SuperWASP, удалось достичь такой же производительности в одиночку. За последние полгода они открыли 10 новых планет, и большинство из них совсем не похожи ни на те, что крутятся вокруг Солнца, ни на внесолнечные планеты, открытые их коллегами.

Представитель команды SuperWASP Дон Поллако рассказал о последних достижениях в ходе пленарного заседания на ежегодном съезде британских астрономов, который открылся накануне в родном для Поллако Королевском университете Белфаста. По словам учёного, SuperWASP за последние годы превратился в конвейер по обнаружению новых больших планет и должен помочь понять, как они образуются. WASP в названии проекта – не оса, а аббревиатура английских слов «широкоугольный поиск планет» (Wide Angle Search for Planets). Приставка Super же появилась по той причине, что с начала проекта система значительно изменилась, и сейчас в неё входят две обсерватории предварительного обнаружения планет и несколько инструментов, с помощью которых учёные могут удостовериться, что планета действительно открыта.

Большинство известных к настоящему времени внесолнечных планет были обнаружены благодаря действию их притяжения на звёзды, вокруг которых они обращаются. Когда планета находится перед своим светилом, его скорость по отношению к Земле чуть уменьшается, когда она оказывается дальше звезды – увеличивается. Учёные измеряют эту скорость с помощью эффекта Допплера – подобно тому, как инспекторы ГАИ на дорогах ловят водителей за превышение скорости. Даже точность приборов гаишников и астрономов в настоящее время похожа – стандартные радары дают погрешность в доли метра в секунду. Отличие в том, что радары работают в микроволновом диапазоне и измеряют частоту отражённых волн, а астрономы получают оптические спектры излучения самих звёзд.

Другой метод – гравитационное микролинзирование – также использует притяжение планет, но действующее уже не на хозяйскую звезду, а на свет далёких светил, который проходит мимо планетной системы.

Команда SuperWASP при поисках планет пользуется так называемым транзитным методом.

Астрономы смотрят на звёзды в надежде, что перед одной из них рано или поздно пройдёт её спутник. Такие «частные затмения» приводят к уменьшению яркости звезды, которые, в конечном счёте, и ищут учёные. Конечно, чтобы планета прошла по диску звезды, нужно, чтобы плоскость её орбиты практически совпадала с лучом зрения, так что смотреть приходится сразу на миллионы и миллионы светил. Такое под силу только автоматическим телескопам и компьютерным алгоритмам, способным быстро обработать каждое полученное телескопом изображение, идентифицировать на них все звёзды и отследить, не «подмигнула» ли нам одна из них.

Эту работу учёные поручили двум одинаковым телескопам, точнее, целым батареям из восьми телескопов каждая, установленным на канарском острове Ла-Пальма и в Южно-Африканской астрономической обсерватории недалеко от города Сатерленд в ЮАР. Каждый из восьми телескопов оснащён высококачественной астрономической ПЗС- (CCD-) матрицей размером 4 мегапикселя, которая позволяет быстро, и, главное, точно измерять блеск до сотни тысяч звёзд. Объективы камер проецируют на них область неба размером 8^ox8^o, и за ночь с них снимаются около 50 ГБ данных, при этом шансы поймать планету появляются, если каждая область неба осматривается по несколько месяцев.

Когда система обработки находит признаки присутствия планет – те самые подмигивания, о которых шла речь выше, – эти данные сначала проверяются вручную. Существует огромное число причин, по которым звёзды могут изменять блеск. Некоторые из них пульсируют, подобно человеческому сердцу, на некоторых случаются вспышки, некоторые выбрасывают в окружающее пространство облака газа, которые, остыв, становятся непрозрачными и перекрывают свет самих звёзд. Если ни одно из объяснений не проходит, и кривая блеска выглядит так, будто речь идёт о планете, учёные оценивают её характеристики и просят коллег проверить свои догадки.

Для проверки учёные обращаются к классическому допплеровскому методу, без подтверждения со стороны которого все найденные планеты так и остаются «кандидатами» в таковые.

Но и этот классический метод без транзитного работать не может: у астрономов не хватит ни телескопов, ни времени, чтобы получить спектры и измерить скорости всех звёзд, у которых могли бы иметься планеты. С недавних пор два метода помогают друг другу, а не конкурируют. Комбинация производительности транзитного метода и доказательности допплеровского позволила к настоящему времени обнаружить 45 внесолнечных планет. 15 из них – результат работы SuperWASP, а 10 из них были найдены за последние полгода и представлены научному сообществу лишь в ходе доклада в Белфасте.

Все эти планеты – миры довольно странные и даже экстремальные с точки зрения обитателя Солнечной системы. Самая лёгкая из вновь найденных планет имеет массу в 0,37 масс Юпитера, самая тяжёлая – почти восемь масс крупнейшей планеты Солнечной системы. Они крутятся вокруг звёзд, расположенных на расстояниях от пары сотен до тысячи световых лет от Солнца, и нарезают круги по крохотным орбитам, в десятки меньше земной, всего за несколько земных дней.

Будучи столь близкими к своим звёздам, эти планеты вряд ли пригодны для жизни – поверхностная температура доходит здесь до 2500 градусов Цельсия, и наличие у них твёрдой поверхности вряд ли возможно, не говоря уж о каких-то там океанах.

Впрочем, удивляться тут нечему. Обнаружение лишь таких экстремальных планет – оборотная сторона эффективности метода транзитов.

Ему легче заметить самые крупные по размеру тела: они перекрывают больше света. Ему легче разглядеть планеты, расположенные рядом со своими звёздами: при условии произвольной ориентации плоскости у маленьких орбит больше вероятность пересечь звёздный диск. Кроме того, чем быстрее планета обращается по своей орбите, тем больше вероятность засечь её прохождение по диску в ходе наблюдений. Ни одной из планет, обнаруженных до сих пор в ходе проекта, для полного оборота не требуется и десяти дней; для сравнения, Меркурий – самая быстрая планета нашей системы – обегает Солнце за 88 дней. А так как для проверки используется допплеровский метод, то планета должна быть и достаточно массивной – иначе она не сможет внести заметных возмущений в движение звезды.

Тем не менее, постепенное улучшение и комбинация всех методик должны сделать более вероятным и обнаружение планетных систем, похожих на нашу. Пока астрономы просто не способны найти ничего похожего, так что не стоит удивляться, что всё, что они находят, настолько непохоже.