Элизабет Таскер - Фабрика планет. Экзопланеты и поиски второй Земли

Однако стоит только исследователям выработать убедительную теорию формирования планет у двойных звезд, как появляется какая-нибудь новая планета, которая не укладывается в нее, и все приходится начинать сначала. В данном случае такой планетой стал объект с замысловатым названием OGLE-2013-BLG-0341L B b.

Планета OGLE-2013-BLG-0341L B b примечательна не только своим названием, которое длиннее, чем у любого другого объекта, встретившегося нам на страницах этой книги, но также и тем, что найдена она была с помощью абсолютно иного метода. Главную роль в обнаружении этой планеты сыграли не колебания скорости звезды или падение ее яркости, а гравитационное отклонение света.

Мало кто из нас задумывается о воздействии гравитации на свет. Эйнштейн был убежден, что лучи должны следовать кривизне пространства, создаваемой массивными объектами [21] Мы уже рассматривали эту идею в восьмой главе, когда говорили о возникновении гравитационных волн и уподобляли их ряби, создаваемой массивными объектами на поверхности эйнштейновской резиновой пластины Вселенной. . В качестве аналогии можно привести траекторию движения теннисного мячика, который быстро катится по пластине, продавленной мячом для боулинга, огибая тяжелый объект. Свет ведет себя точно так же. Впервые эту теорию удалось проверить во время полного солнечного затмения в 1919 г. Тогда британскому физику Артуру Эддингтону пришла в голову интересная мысль: он решил использовать короткий период, когда Луна перекрывает солнечный свет, чтобы проверить, отклоняется ли свет от других звезд под действием солнечной гравитации. Если свет от звезд отклоняется, тогда во время солнечного затмения звезды должны быть видны немного не там, где они находятся в ночное время, когда Солнца на небе нет.

Из проведенных Эддингтоном измерений следовало, что свет отклоняется на 0,00045 градуса, что соответствовало гипотезе Эйнштейна. После сообщения Эддингтона теория Эйнштейна оказалась в центре всеобщего внимания. Несмотря на возбуждение публики, сам Эйнштейн отнесся к всплеску внимания с равнодушием. Журналисту, который спросил, как бы он себя чувствовал, если бы наблюдения Эддингтона опровергли его теорию, Эйнштейн ответил: «Тогда мне не осталось бы ничего другого, как посочувствовать уважаемому господину Эддингтону. Теория в любом случае верна».

Отклонение света может свидетельствовать о присутствии невидимого массивного объекта, такого как тусклая звезда или планета. Основанный на этом наблюдении метод обнаружения объектов называют гравитационным микролинзированием , так как скрытый объект выступает в качестве линзы, вызывающей отклонение света. В обычных линзах (таких, например, как линзы в очках) свет по краям преломляется сильнее, чем в середине, что обеспечивает фокусировку лучей в одной точке. Гравитационные линзы создают противоположный эффект: чем ближе свет к центру, тем больше величина отклонения. В результате свет фокусируется в кольцо, а не в одну точку, образуя яркий кольцевидный ободок вокруг линзы, называемый кольцом Эйнштейна . Если в качестве линзы выступает объект с огромной массой, такой как целая галактика, то кольцо четко видно. В случае с объектами меньшего размера, такими как звезды, кольцо неразличимо. Единственный способ увидеть его — это наблюдать за другой, более далекой звездой, свет от которой будет становиться ярче, а затем тускнеть при ее прохождении за линзой, так как яркость кольца выше, чем этой звезды самой по себе.

Поскольку все, что имеет массу, заставляет свет отклоняться, планета, обращающаяся вокруг линзируемой звезды, также должна вносить свой вклад в это явление. Выступая в качестве дополнительной мини-линзы, она вызывает заметное изменение величины, на которую увеличивается и уменьшается яркость фонового источника. Как раз благодаря такому изменению и удалось обнаружить OGLE-2013-BLG-0341L B b.

Акроним OGLE, который можно называть одним из лучших в истории изучения Галактики, расшифровывается как «оптический эксперимент по гравитационному линзированию» (Optical Gravitational Lensing Experiment). Руководство проектом OGLE осуществляют специалисты из Варшавского университета в Польше, а большинство наблюдений проводятся в обсерватории Лас-Кампанас в Чили. Хотя основной задачей OGLE является изучение темной материи, в рамках проекта удалось обнаружить уже около 20 экзопланет. Планета OGLE-2013-BLG-0341L B b попала в поле зрения исследователей, когда они занимались поиском объектов в области звездного балджа — густо усеянной звездами центральной части нашей Галактики. Отсюда сокращение BLG в ее названии, которое указывает на то, что она находится в балдже (bulge). Цифры 2013 указывают на год начала сезона наблюдения, а 0341 — обычный порядковый номер. Последняя буква L является признаком того, что объект был найден с помощью линзирования. Она помогает отделить его от ряда других объектов, обнаруженных в рамках OGLE с помощью транзитного метода. Прописная буква B означает, что звезда, к которой относится планета, не одинока: она является частью двойной системы с очень маленьким расстоянием между звездами.

В ходе эпизода линзирования было зафиксировано три скачкообразных изменения яркости при прохождении фоновой звезды позади системы: два больших двойных от каждой из двух звезд и еще один поменьше — от планеты. Анализ показал, что система состоит из двух тусклых карликов, обращающихся одна вокруг другой на расстоянии 15 а.е., что больше расстояния от Солнца до Сатурна, но меньше, чем до Урана. Планета обращается вокруг одной из этих звезд на близком к земному расстоянии 0,8 а.е. при массе, приблизительно в 2 раза превышающей массу нашей планеты. Несмотря на незначительную разницу в расстоянии до звезды, обнаруженная планета оказалась намного холоднее Земли. Причина в том, что при массе, равной 10–15% массы Солнца, карликовая звезда приблизительно в 400 раз тусклее нашего светила. Поэтому новая планета — это холодный, темный мир с температурой поверхности около –213 °C, что делает его холоднее Европы — ледяного спутника Юпитера. Даже если эта планета имеет твердую поверхность, на Землю она не похожа.

Несмотря на отсутствие сходства с Землей, OGLE-2013-BLG-0341L B b служит доказательством возможности формирования планет вокруг звезды, у которой есть очень близкий компаньон. Вопрос о том, как именно планета смогла собрать достаточно вещества в столь плотно организованной системе, остается открытым, но ряд идей, объясняющих ее формирование, кажутся вполне убедительными. Согласно одной из самых простых гипотез, высокая скорость столкновения планетезималей, обусловленная эллиптической формой их орбит, не является такой уж большой проблемой, как считалось ранее. Сопротивление со стороны газа может компенсировать воздействие притяжения второй звезды, удерживая планетезимали на круговых орбитах. Вторая идея связана с таким механизмом, как потоковая неустойчивость, о котором шла речь в главе 2. Предполагается, что планетезимали могут скапливаться и падать в центр под действием собственной совокупной гравитации.