Небо в алмазах

Изучение экзопланет является одним из самых популярных направлений современной астрономии, которое, правда, в силу отсутствия подходящих наблюдательных инструментов практически никак не развивается в России. Исследование планет, которые существуют у других звезд, позволяет астрономам лучше понять происхождение планет (и Земли, в частности) в Солнечной системе, а также получить ответ на вопрос, есть ли жизнь во Вселенной помимо Земли.

Безусловно, очень непросто изучать находящиеся столь далеко объекты небольших (по астрономическим меркам) размеров. Поэтому ученые не сильно удивляются, когда наблюдения дают результаты, которые вынуждают их пересмотреть свои предыдущие представления о том или ином вопросе. О двух таких результатах наблюдений экзопланет сообщается в статьях, опубликованных в новом номере журнала Nature.

В одной работе сообщается об обнаружении четвертой экзопланеты в системе звезды HR 8799. Эта звезда находится на расстоянии 130 световых лет в созвездии Пегаса, а ее масса составляет 1,5 массы Солнца. Планеты в этой системе два года назад стали первыми, которые астрономам удалось увидеть непосредственно на фотографиях объекта.

Каждая из четырех экзопланет является газовым гигантом наподобие «нашего» Юпитера и обладает массой как минимум в пять раз больше, чем Юпитер.

Массы планет и параметры их орбит в этой системе входят в серьезное противоречие с теорией, которая предполагает только два способа формирования планет массой больше массы Юпитера.

Первый способ состоит в том, что вокруг звезды на протяжении миллионов лет формируются комки пыли (ядра планет), которые затем стягивают на себя газ из окружающего пространства. Вторая возможность формирования таких планет заключается во фрагментации газа вокруг звезды, который начал скучиваться и в итоге «сжался» в планету. Причем этот процесс произошел достаточно быстро по астрономическим меркам – за десять тысяч лет.

Поскольку новая планета, обнаруженная при наблюдениях с 10-метровым телескопом Кек-2 на Гавайях, расположена еще ближе к звезде, чем три, которые были известны ранее, то теперь ни одна из этих моделей не подходит для объяснения всей системы вокруг HR 8799.

«Там происходит что-то странное», – говорит Кристиан Маруа из канадского института астрофизики имени Герцберга, ведущий автор статьи в Nature.

В другой работе Нику Мадхусудхан из Принстонского университета и его коллеги сообщают о результатах своей работы, которые позволили обнаружить планету с аномально высоким содержанием углерода в атмосфере. Обнаруженная два года назад экзопланета WASP-12b похожа на Юпитер и вращается вокруг желтого карлика (наше Солнце, напомним, также является желтым карликом). Температура на поверхности планеты составляет более 2,5 тысяч градусов Цельсия, что является рекордом для планеты: такую температуру имеют небольшие звезды типа красных карликов.

Так сильно планету нагревает близость к звезде: WASP-12b совершает полный оборот вокруг нее за чуть более чем сутки, двигаясь на расстоянии в 75 раз меньшем, чем расстояние от Земли до Солнца. WASP-12b открыли европейские и американские астрономы в 2008 году в рамках проекта по поиску экзопланет SuperWASP. В феврале 2010 года группа ученых под руководством Шу-Линь Ли из Института астрономии и астрофизики Кавли в Пекине, изучив свойства необычной двойной системы WASP-12, пришла к выводу, что притяжение звезды искажает форму планеты, а возникающие гравитационные приливные волны так сильно разогревают ее изнутри, что вокруг образуется облако вещества, которое постепенно оттягивает звезда. Из-за этого WASP-12b примерно через 10 миллионов лет полностью исчезнет.

По наблюдениям планеты – с инфракрасным космическим телескопом Spitzer и с наземным Канадско-франко-гавайским телескопом (диаметр зеркала – 3,6 метра) – Мадхусудхан и его коллеги оценили состав атмосферы. Оказалось, что отношение содержания углерода и кислорода для этой планеты составляет не менее единицы, хотя согласно теоретическим представлениям такие планеты должны иметь этот параметр около 0,5.

Это открытие позволяет предположить, что вокруг звезды WASP-12 могли образоваться и твердые планеты, похожие на Землю.

Избыток углерода мог бы привести к тому, что эти планеты содержали бы в себе большое количество таких углеродных соединений, как алмаз или графит. Атмосфера таких планет содержала бы огромное количество метана и малое количество кислорода.

По словам Мадхусудхана, наличие столь богатой углеродом планеты, как WASP-12b, говорит о том, что вокруг звезд возможно существование планет с твердой поверхностью наподобие алмазов, и увеличивает вероятность наличия во Вселенной форм жизни отличных от тех, что встречаются на Земле.

«Это совершенно новая область планетологии, которая явно вызовет интерес у молодых исследователей», – говорит Мадхусудан.

Вторит ему и Кристиан Маруа, автор работы про систему планет вокруг HR 8799: «У нас есть много вопросов, но очень мало ответов. У астрономического сообщества много работы, которую предстоит сделать».