Перспективный метод обнаружения планет вокруг других звезд.

На днях в интернете были представлены результаты польских астрономов, выводящие их в лидеры одной из самых интригующих научных гонок последнего десятилетия — обнаружения планет и планетных систем вокруг других звезд:

http://xxx.lanl.gov/abs/astro-ph/0202320

Результаты будут вскоре опубликованы в выходящем в Польше международном журнале Acta Astronomica.

К настоящему времени астрономами разных стран уже обнаружены планеты у почти 80 звезд солнечного типа. Польская группа во главе с Богданом Пачиньским (он работает в Принстоне) и Анджеем Удальским из Варшавы нашла еще свыше 40 кандидатов. Через несколько месяцев выяснится, какая часть этих звезд имеет планеты, а для какой компаньонами обычных звезд являются маломассивные очень слабые звезды или даже звезды, в недрах которых так и не вспыхнули ядерные реакции — так называемые коричневые карлики.

Все предыдущие открытия внесолнечных планет были сделаны по измерениям малых вариаций так называемой лучевой, или радиальной скорости звезды. Дело в том, что при наличии массивной планеты материнская звезда обращается вокруг общего центра масс, то есть для земного наблюдателя она периодически то немного приближается к нам, то удаляется, и эти движения можно обнаружить по малым смещениям линий в спектре звезды. Линии смещаются в фиолетовую сторону, когда звезда движется к нам, и в красную — когда она удаляется от нас. Это обычный эффект Доплера для волновых процессов, который известен всем — например, когда мы слышим сирену проезжающей машины скорой помощи, то при приближении машины звук сирены более высокий, а при удалении — более низкий.

Поляки использовали совершенно иной метод — фотометрический. Легко понять, что при прохождении планеты по звездному диску, когда темная невидимая планета находится между своей звездой и земным наблюдателем, блеск или наблюдаемая светимость звезды немного ослабнет, и эти изменения будут повторяться с периодом обращения планеты вокруг звезды. Конечно, при современной точности наблюдений ослабление звездного блеска (приблизительно, на один процент) удается зафиксировать лишь в случае большой планеты с радиусом порядка одной десятой звездного радиуса (именно таковы размеры Юпитера в сравнении с размерами Солнца, а размеры Земли еще на порядок меньше). Кроме того, вероятность обнаружения планеты методом затмений велика только для близких к звезде планет, таких, которые примерно в 10 раз ближе к звезде, чем Земля к Солнцу. Именно в этом случае велика вероятность наблюдать затмение части звездного диска планетой. А если планета далеко от звезды, то при случайной ориентации планетной орбиты в пространстве в подавляющем большинстве наблюдений никакого прохождения звезды по диску, а значит, и ослабления блеска звезды не будет. Да и период обращения планеты вокруг звезды окажется очень большим. Например, далекий от Солнца Юпитер обращается вокруг него приблизительно за 12 лет, нужны годы наблюдений с какой-то другой звезды именно в направлении Солнца, причем наблюдатель должен находиться именно в плоскости планетных орбит Солнечной системы, чтобы обаружить малые ослабления солнечного блеска из-за затмевающего его Юпитера.

(Строго говоря, в одном случае прохождение планеты по звездному диску было зафиксировано американскими астрономами еще два года назад. Но в реальности, речь шла не об открытии новой планеты, это было подтвержение уже известного результата — исследовалась как раз такая звезда, у которой планета была обнаружена раньше с помощью эффекта Доплера.)

Исследования, о которых мы говорим, были осуществлены с помощью небольшого и сравнительно недорогого телескопа Варшавского университета, установленного шесть лет назад на обсерватории Лас Кампанас в Чили. Диаметр телескопа всего 1 метр 30 сантиметров. Наблюдения были проведены прошлым летом в течение 32 дней, при этом осуществлялся по возможности непрерывный мониторинг трех участков неба в направлении центра нашей Галактики, где очень много звезд. В качестве приемника излучения использовалась ПЗС-матрица, состоящая из 8192 * 8192 чувствительных элементов. Каждый из трех выбранных участков неба был "сфотографирован" 800 раз. Всего в поле зрения попало примерно 5 миллионов звезд, из них для 52 тысяч блеск или светимость были определены на каждом "снимке" с точностью лучше полутора процентов, эти 52 тысячи и были тщательно проанализированы. В результате, для 42 звезд были обнаружены ослабления блеска с периодом в несколько дней, причем наблюдался именно такой эффект, как при прохождении темного объекта по звездному диску, с размерами объекта примерно в одну десятую от размеров звезды.

Теперь на повестке дня стоит вопрос спектроскопического исследования каждого из 42 обнаруженных объектов. По смещению спектральных линий удастся оценить массу, а затем и плотность невидимых обращающихся вокруг своих звезд тел. Если масса тела не превысит массу Юпитера более, чем на порядок, это будет планета, если превысит, то, вероятно, это будет очень слабосветящий звездный карлик спектрального класса М или же так и не родившаяся звезда — коричневый карлик. Даже если не планеты, эти объекты очень важны для понимания строения и эволюции нашей Галактики и, в частности, для решения проблемы так называемой "скрытой массы" во Вселенной (например, по кинематике видимых объектов в Галактике получается, что масса Галактики должна быть в несколько раз больше, чем мы наблюдаем).

Проблемой обнаружения планет вокруг других звезд сейчас очень активно занимаются более десятка групп в разных странах, с использованием как наземных телескопов, так и Космического телескопа Хаббла, запланированы и запуски специальных спутников с аппаратурой для поиска планет. Поляки просто оказались в лидерах этой гонки, продемонстрировав, что даже на небольших телескопах можно получать выдающиеся результаты. На днях Богдан Пачиньски, выступая в Варшаве с докладом на другую тему, об проблемах в астрономии вообще, сказал, что надо не только и не столько уметь решать сверхсложные задачи, но уметь формулировать (и разумееется, решать) задачи простые, которых также много.

Если говорить о внесолнечных планетах, то теперь их открытие будет нарастать лавинообразно. С усовершенствованием аппаратуры в ближайшие годы, а то и месяцы будут открыты и планеты, по размерам и массе подобные нашей Земле.

Архив научных препринтов в Лос-Аламосе (ссылка приведена в тексте).
Алексей Памятных