Солнечная система пополам

В пятницу исполнилось 444 года со дня рождения великого астронома Галилео Галилея. По мнению некоторых историков науки, окончательно великий итальянец уверился в справедливость гелиоцентрической системы Коперника, когда навёл свой телескоп на Юпитер и увидел его спутники, кружащиеся вокруг планеты. «Солнечная система в миниатюре!» – воскликнул про себя Галилей и с тех пор продолжал отстаивать учение Коперника долгие годы, пока давление католической церкви не заставило его публично отречься от гелиоцентризма.

Не исключено, что другая «солнечная система в миниатюре», об открытии которой сообщает в пятницу журнал Science, заставит многих поверить в идеи современника Галилея, для которого встреча с инквизицией закончилась более плачевно. Джордано Бруно верил во множественность обитаемых миров.

Международная команда астрономов обнаружила в пяти тысячах световых лет от Земли планетную систему, очень напоминающую нашу собственную. Её центральная звезда примерно вдвое легче Солнца, а там, где у нас находятся Юпитер и Сатурн, – с учётом уполовиненных масштабов – обращаются две планеты-гиганта. Они также вдвое легче своих солнечных аналогов и расположены в том же порядке, что и у нас. Найти в этой системе «Землю» не удалось, но это не должно смущать – мы её могли просто не заметить.

Открытие было сделано с помощью метода гравитационного микролинзирования, о котором «Газета.Ru» подробно рассказывала. Как показали ещё Дайсон с Эддингтоном в конце десятых годов прошлого века, вблизи массивных тел лучи света искривляются в точном соответствии с Общей теорией относительности Альберта Эйнштейна. В результате все галактики, звёзды и планеты, если смотреть на них с большого расстояния, фокусируют лучи ещё более далёких светил, действуя наподобие линзы.

Такие гравитационные линзы могут искривлять изображения далёких галактик, приводить к появлению новых, сильно искажённых изображений и просто увеличивать блеск далёкого источника, если размеры его столь маленькие, что само изображение даже для крупнейших телескопов остаётся точкой. Соответствующие эффекты носят название слабого линзирования, сильного линзирования и микролинзирования.

Гравитационное микролинзирование изучать особенно сложно, поскольку всю информацию и о звезде-источнике, и о звезде-линзе приходится добывать из единственного источника – график зависимости полного блеска от времени, так называемой кривой блеска. Так как все космические тела находятся в бесконечном движении относительно друг друга, увеличение блеска со временем будет меняться – чем ближе линза и источник оказываются друг к другу, тем ярче будет свет.

Анализируя кривую блеска, астрономы могут многое узнать о звезде-линзе. Иногда на этом графике заметны аномалии, и они могут показать присутствие планет на орбите вокруг звезды.

Использование этого метода в поисках планет началось совсем недавно, но именно ему принадлежит целый ряд рекордов: например, обнаружение самой далёкой планетной системы, планеты, наиболее похожей на Землю, или планеты, находящейся дальше всего от своей звезды. Другие способы поиска чувствительны пока лишь к гигантским планетам, расположенным очень близко к своим звёздам.

Сотрудничество сразу нескольких международных научных коллабораций – двух постоянно следящих за небом (польско-американской OGLE и японско-новозеландской MOA) и трёх «тревожных», поднимающихся по приходящим от первых оповещений (международных PLANET, RoboNET и μFUN) – позволило подробно изучить событие микролинзирования, произошедшее весной 2006 года. Анализ кривой блеска, полученной два года назад, показал присутствие на орбитах вокруг звезды-линзы сразу двух планет. Результаты этой работы опубликованы в последнем номере журнала Science.

28 марта 2006 года в кривой блеска одной из звёзд, медленно поднимавшейся по стандартному для микролинзирования закону, была замечена аномалия – блеск резко подскочил, ненадолго поднявшись примерно на 10% выше значения, предсказанного теорией. Автоматически по всем обсерваториям, входящим в перечисленные выше «тревожные» коллаборации, были разосланы оповещения о событии OGLE-2006-BLG-109, и учёные смогли проследить изменения блеска очень подробно. Благодаря тому, что расположены соответствующие телескопы более или менее равномерно по долготе, кривая блеска была «прописана» почти без пробелов – когда в одной обсерватории начинался рассвет, в других едва наступала ночь, и они приступали к наблюдениям.

Изменение блеска по стандартному закону описывается плавной кривой, названной именем Богдана Пачиньского – одного из крупнейших астрофизиков XX века, скончавшегося в прошлом году. Чем ближе к звезде-линзе приближается звезда-источник в проекции на небесную сферу, тем больше оказываются два её изображения, созданные линзой, и тем ярче источник становится. Для определения параметров кривой Пачиньского достаточно всего нескольких измерений, поэтому астрономы знали, когда произойдёт максимум.

Влияние планеты, притяжение которой само по себе было бы слишком слабым, чтобы заметно изменить блеск далёкой звезды, в присутствии «большой» линзы оказывается значительно сильнее. Она ненадолго создала пару дополнительных изображений, которые также внесли общий вклад в полный блеск – именно их астрономы и наблюдали как первый аномальный скачок блеска. При дальнейшем движении источника относительно линзы образовались ещё два изображения – их создала уже сама звезда-линза, а перед тем, как исчезнуть, они снова ярко вспыхнули – это и был основной максимум, пришедшийся на 5 апреля.

Кроме того, 8 апреля, «прощаясь» с линзой, изображение снова задело зону влияния планеты, оставив на кривой блеска след в виде последнего пика. Этот пик астрономы также пронаблюдали, поскольку предсказать такое поведение можно заранее.

Однако не всё пошло так, как предсказывалось. Меньше чем через сутки после основного максимума звезда вдруг резко вспыхнула, лишь немногим не достигнув максимального блеска.

По мнению учёных, так себя показала вторая планета.

Как показали расчёты, эта вторая, едва не оставшаяся незамеченной, планета, на самом деле больше первой, просто расположена она оказалась менее удачно. Дальнейший анализ помог полностью восстановить их параметры и уточнить не только массу центральной звезды, но и определить расстояние до неё.

Помогло астрономам движение Земли вокруг Солнца. Событие OGLE-2006-BLG-109 продолжалось очень долго, и на кривой блеска оказалось возможным заметить небольшие искажения из-за орбитального вращения Земли. Скорость этого обращения – 30 км/c, и в разные времена года она то отнимается от неизвестной скорости в системе Земля-линза-источник, то складывается с ней. Соответствующие колебания в кривой блеска позволяют выяснить истинную скорость, восстановить расстояние до линзы – 4,9 +/- 0,5 тысяч световых лет – и полностью решить задачу (с той же точностью около 10%, так как все оценки завязаны на расстояние до линзы). Кроме того, удалось заметить и орбитальное движение внешней планеты – из-за него пики на кривой блеска еле заметно сместились.

Планетная система, представшая в итоге перед астрономами, поразительно похожа на нашу. Разница лишь в общих масштабах. Сама центральная звезда оказалась вполовину легче Солнца и примерно во столько же раз меньше по размерам. Это красный карлик, который излучает вдесятеро меньше света, чем наше светило. Массы обнаруженных планет составили 0,7 и 0,3 массы солнечного Юпитера. Далёкий «Юпитер» находится на расстоянии в 350 миллионов километров от своей звезды, «Сатурн» – 700 миллионов.

Если удвоить все эти размеры, то получится вполне себе Солнечная система, в которой и «Юпитер», и «Сатурн» займут места своих прототипов.

Другие места данные исследования не заполняют, но аналоги Марса и Земли в этой работе и не могли быть замечены – они слишком маломассивны и слишком близки к звезде, чтобы оставить след в кривой блеска.

Отношение масс оказывается также очень близким к тому, что имеется в Солнечной системе: у нас Юпитер в 1030 раз легче Солнца, «Юпитер» же OGLE-2006-BLG-109 легче своей звезды в 750 раз. «Сатурн» же легче «Юпитера» в 2,8 раза, в то время как настоящий Юпитер тяжелее настоящего Сатурна в 3,3 раза.

По словам учёных, это заставляет предположить, что планетные системы, подобные нашей, встречаются в Галактике очень часто. Пока науке была известна лишь одна планетная система – та, в которой мы живём, учёные полагали, что и все остальные на неё очень похожи. За немногим более десятка лет, прошедшие с момента обнаружения первой внесолнечной планеты, у других звёзд были открыты уже почти 300 планет, про 25 звёзд можно сказать, что они имеют планетные системы из нескольких планет, в которых более одной планеты, а у одной из звёзд планет известно целых пять!

Однако большинство из них оказались совсем не такими, что мы видим в своих окрестностях, и расположенными совсем не там. Мы увидели гигантские «горячие юпитеры», расположенные к своим светилам ближе, чем крохотный Меркурий – к Солнцу, да и двигались они совсем не по круговым, а сильно вытянутым орбитам. Лишь у пары звёзд – 47 Большой Медведицы и 14 Геркулеса – наблюдалось что-то подобное паре «Юпитер – Сатурн», однако их центральные звёзды гораздо ярче Солнца. Показалось, что Солнечная система – скорее исключение, а не правило.

Тем не менее, некоторые учёные (например, Чарльз Лайнуивер из Австралийского национального университета в Канберре) продолжали утверждать, что ничего удивительного в этом нет, и хвататься за голову рано. Дело в том, что почти все методы обнаружения внесолнечных планет, которые мы знаем, наиболее чувствительны именно к таким «уродам», как горячие юпитеры. Чувствительность к «землям» у них почти на нуле, и не надо удивляться, что через крупную сеть проходит вся мелкая рыбёшка. Если подождать немного, считает Лайнуивер, среди обнаруженных планетных систем появятся и те, что похожи на нашу.

Судя по всему, он оказался прав.

Гравитационное микролинзирование – как раз тот метод, который более чувствителен к планетам, удалённым от своих звёзд на расстояния, характерные для Солнечной системы. И то обстоятельство, что шестая открытая этим методом планетная система оказалась так похожа на нашу, даёт надежду на множественность таких миров во Вселенной. Может быть, некоторые из них окажутся обитаемыми.