Поклонники «Звёздных войн» наверняка помнят, что в небе планеты Татуин было не одно, а целых два светила. Экзопланеты в двойных звёздных системах существуют на самом деле, хоть их известно значительно меньше, чем у одиночных светил. Это связано со сложностью их обнаружения. Большую часть экзопланет открыли с помощью транзитного метода, второй по «популярности» ー метод лучевых скоростей. И если первый метод уже давал результаты поиска экзопланет в двойных системах, подобных Татуину, то второй ー ещё нет. И вот недавно астрономы впервые успешно его использовали, наблюдая ранее уже известную экзопланету Kepler-16b, причём сделали это с помощью наземного, а не космического телескопа. Как им это удалось, и почему это открытие важно? Читайте в нашем материале.
Вопрос о том, могут ли существовать экзопланеты в двойных звёздных системах, был решён около 20 лет назад с помощью наблюдений. В двойных системах светила обращаются вокруг общего центра масс. Долгое время считалось, что такая среда крайне неблагоприятна для формирования экзопланет, а даже если они и образуются, то будут быстро разрушены или выброшены за пределы звёздной системы. Тем не менее астрономы уже обнаружили несколько сотен таких экзопланет.
Сегодня мы знаем, что есть два варианта орбит экзопланет в двойных звёздных системах: P- и S-типа. Самый распространённый ー S-тип. В этом случае экзопланета обращается вокруг одной из звёзд, а вторая находится на некотором удалении. Иногда звезда-компаньон расположена так далеко, что почти не оказывает влияния на экзопланету. При орбите Р-типа, которая ещё называется циркумбинарной (планета с кратной орбитой), экзопланета обращается вокруг двух светил сразу. Именно к такому типу относятся и вымышленная планета Татуин, и открытая ещё раз Kepler-16b.
Чаще всего экзопланеты находят транзитным методом путём регистрации кратковременных падений яркости у наблюдаемых звёзд, что указывает на прохождение экзопланеты по диску светила. Из нескольких тысяч экзопланет, известных на сегодняшний день, около 80% открыто именно транзитным методом.
Ещё есть метод лучевых скоростей. Не только звезда оказывает гравитационное влияние на экзопланету, но и наоборот, хотя обратный эффект гораздо менее выражен. Если вокруг звезды обращается экзопланета, то под её воздействием светило тоже начинает двигаться по своей собственной орбите с очень маленьким радиусом. Из-за этого возникает сдвиг по длине волны принимаемого на Земле излучения от звезды ー так проявляется эффект Доплера.
Оба метода достаточно отработаны и дают хорошие результаты при поиске экзопланет у одиночных светил. А вот в отношении двойных звёздных систем всё не так просто. Особенно это касается циркумбинарных экзопланет, таких как Kepler-16b. Две звезды расположены друг к другу намного ближе, чем экзопланета, и потому обращаются друг вокруг друга очень быстро. В этом случае длительность транзита будет разной, а периодичность прохождения экзопланеты ー нерегулярной.
Применение метода лучевых скоростей тоже связано с определёнными сложностями. Поскольку экзопланеты с кратной орбитой в двойных системах находятся намного дальше от своих звёзд, чем планеты у одиночных светил, то и их гравитационное влияние на движение звёзд значительно меньше. В связи с этим обнаружить их существование таким методом труднее.
Kepler-16b ー первая обнаруженная и подтверждённая экзопланета с кратной орбитой, которая обращается вокруг двойной звёздной системы. Она была открыта в 2011 году транзитным методом с помощью космического телескопа Kepler, который уже прекратил свою работу.
Система Kepler-16 находится в 245 световых годах от нас, в ней две звезды: Kepler-16А и Kepler-16B. Обе они меньше и тусклее Солнца: одна ー K-карлик с массой 0,68 солнечной, другая ー М-карлик с массой 0,2 солнечной. Их светимости составляют, соответственно, 14% и 0,5% светимости нашей звезды. Kepler-16А и Kepler-16B делают один оборот друг вокруг друга за 41 день.
Экзопланета Kepler-16b ー газовый гигант с приблизительно такими же размером и массой, как у Сатурна. Год на ней длится 229 дней, а от своих родительских звёзд она удалена на 0,7 астрономической единицы, что соответствует среднему расстоянию от Солнца до Венеры. Kepler-16b расположена на дальней границе обитаемой зоны, что в сочетании с тусклостью звёзд не оставляет планете шансов на обитаемость.
Астрономы хорошо изучили систему Kepler-16, поэтому выбрали именно её, чтобы отработать метод лучевых скоростей для обнаружения экзопланеты у двойной звезды. Для этого с помощью спектрографа SOPHIE, установленного на телескопе Обсерватории Верхнего Прованса, учёные нацелились на более яркую из двух звёзд. В результате они зафиксировали слабый сигнал, указывающий на гравитационное влияние экзопланеты на одно из своих родительских светил.
Наблюдение подтвердило существование экзопланеты в двойной системе Kepler-16 и оценку её массы. Кроме того, открытие показывает, что наземные телескопы также эффективны в поиске экзопланет, но при этом требуют меньших затрат, чем космические обсерватории. Учёные планируют и дальше использовать этот метод, чтобы открыть новые экзопланеты, подобные Kepler-16b.
Наблюдение экзопланет в двойных системах с помощью различных средств и методов поможет понять, как формируются такие миры. Считается, что экзопланеты образуются в протопланетном диске, окружающем молодую звезду. Однако такая модель не подходит для циркумбинарных систем, поскольку гравитационное воздействие двух звёзд мешает процессу аккреции. Возможно такие экзопланеты формируются далеко от своих светил, а затем мигрируют ближе к ним. Дополнительные исследования помогут приблизиться к ответу на этот вопрос.
Автор: Алина Нестерова
Источники: phys.org, www.sciencealert.com, www.sci-news.com, en.wikipedia.org, en.wikipedia.org, ru.wikipedia.org, exoplanets.nasa.gov