Тайна четвертой планеты

Четвертая планета в системе HR 8799 получила обозначение "е", три другие планеты открыты в 2008 году; обозначение "a" закреплено за центральной звездой

Международная группа астрономов продемонстрировала в начале года уникальный снимок планетной системы, находящейся в 130 световых годах от Земли. Рядом со звездой на нем видны сразу четыре планеты. Причем их расположение вызвало у астрономов серьезное недоумение.

Поиск и изучение экзопланет, то есть планет у других звезд – одно из самых быстро развивающихся направлений современной астрономии. Уже открыто более пятисот планет, и в среднем каждые четыре дня их список пополняется. Но большинство экзопланет обнаружено по косвенным признакам, в основном, по гравитационному влиянию, которое они оказывают на свои звезды, заставляя их едва заметно колебаться. Другой способ обнаружения экзопланет – по затмениям. Если планета в своем орбитальном движении проходит между нами и звездой, вокруг которой обращается, то блеск звезды в это время едва заметно слабеет. Точная аппаратура может это зарегистрировать, и если такие ослабления блеска повторяются строго регулярно, то считается, что планета обнаружена.

И все же в некоторых случаях экзопланеты уже удается увидеть. Точнее говоря, удается отделить их свет от света звезды и построить изображения. И лишь у одной звезды, находящейся в 130 световых годах от Земли, удалось сфотографировать более одной экзопланеты. А недавно было объявлено, что у нее открыта четвертая гигантская планета, и это открытие оказалось для астрономов довольно неожиданным. Говорит доктор Брюс Макинтош, канадский физик, работающий над оптическими системами, позволяющими видеть экзопланеты, в американской Национальной лаборатории Ливермор:

– Увидеть планету возле звезды чрезвычайно трудно, поскольку ее излучение в сотни тысяч раз слабее, чем у звезды. Мы используем технологию, называемую адаптивной оптикой, чтобы исправить помехи, которые вносит земная атмосфера, размывающая свет звезды. Мы повышаем четкость до такой степени, что планеты становятся видимыми. Затем мы делает огромное количество снимков и обрабатываем их таким образом, чтобы удалить рассеянный свет звезды и выделить слабый сигнал от планеты.

В 2008 году мы открыли три планеты, обращающиеся вокруг молодой звезды, носящей каталожный номер HR 8799. Эти планеты расположены примерно вдвое дальше, чем планеты-гиганты в Солнечной системе. А теперь мы обнаружили четвертую планету, которая расположена гораздо ближе к звезде, чем те три, которые были открыты раньше.

Cо временем мы будем измерять движение планет все более и более точно, и надеемся, что сможем разобраться в этом гравитационном часовом механизме

Новая планета в 5-7 раз массивнее Юпитера, то есть это гигантская газовая планета с плотной водородной атмосферой. Она очень горячая, поскольку вся система очень молодая. Сама звезда родилась около 30 миллионов лет назад. Вскоре после этого образовались планеты. И они еще остаются горячими, сохраняя тепло, выделившееся при их формировании. Их температура составляет около полутора тысяч градусов Цельсия. Поэтому они довольно ярко светятся в инфракрасной области, что и позволило их увидеть.

– Однако обнаружение новой планеты вызвало у астрономов большое недоумение. Дело в том, что существование планет-гигантов на значительно различающихся расстояниях от звезды трудно согласовать с существующими космогоническими теориями, которые описывают образование планет из исходного протопланетного облака.

– Трудно объяснить, как могла образоваться система с несколькими планетами-гигантами, разбросанными в таком большом диапазоне расстояний от звезды. На сегодня есть две основных теории образования планет.

В одной модели, называемой «холодной аккрецией на ядро» зародыши планет постепенно вырастают из вещества газопылевого диска, окружающего звезду. Пылинки слипаются и образуют камни, камни соединяются в астероиды, астероиды, притягиваясь, образуют зародыши планет. Этот процесс довольно неторопливый, и считается, что он может протекать достаточно быстро только вблизи звезды, где имеется достаточное количество вещества. Но тогда трудно объяснить, как сформировались далекие планеты, на расстоянии, сравнимом с орбитой Плутона.

Другая модель называется "дисковой неустойчивостью". В ней протопланетый диск очень быстро коллапсирует, сбиваясь в комки размером с планету. Считается, что этот процесс может работать вдали от звезды. Однако вновь открытая четвертая планета расположена слишком близко к звезде, чтобы она могла образоваться в результате неустойчивости диска. Так что на сегодня нет единой модели, которая могла бы объяснить появление четырех гигантских планет в системе в тех местах, где мы их наблюдаем.

– Но есть еще возможность, что некоторые планеты образовались в других местах, а потом переместились по системе на нынешние позиции. Даже Солнечной системе Юпитер и Сатурн, по-видимому, образовались дальше от Солнца, чем они находятся сейчас, а затем мигрировали на свои нынешние орбиты за счет своего рода трения при движении в веществе протопланетного диска. Однако в случае с четырьмя планетами, которые в несколько раз превосходят Юпитер по массе, гипотеза миграции тоже сталкивается с серьезными трудностями.

– Требуется много лет, чтобы планеты изменили свои орбиты. Однако компьютерное моделирование показывает, что за это время система, в которой мигрируют столь массивные планеты, попросту распалась бы. Планеты прошли бы слишком близко друг от друга, и тяготение выкинуло бы одну из них прочь из системы. Но мы видим, что система существует уже около 30 миллионов лет – это возраст звезды. То есть, она устойчива на протяжении десятков миллионов лет.

Мы проработали множество компьютерных моделей, пытаясь понять, как сделать такую массивную систему устойчивой, и пришли к выводу, что это возможно, только если планеты обращаются строго согласованно: одна, скажем, с периодом год, другая – два года, третья – четыре. Тогда гравитационные возмущения компенсируются, и система может просуществовать 10 миллионов лет и больше. Проблема в том, как планеты попадают в такой точный резонанс друг с другом. Если мы хоть немного отклонялись от него в наших моделях, то вся система распадалась за 5 тысяч лет.

– Чтобы выяснить, как этой странной планетной системе удается сохранять устойчивость, нужно знать орбиты планет. Но в данном случае их не так просто определить, поскольку мы смотрим на систему перпендикулярно плоскости планетных орбит и нам не заметны колебания звезды под действием тяготения планет. Поэтому единственный способ определения орбит – просто следить за движением планет.

– К сожалению, периоды обращения планет в системе составляют от 50 до 1000 лет. Поэтому увидеть их орбиты целиком довольно трудно. Но со временем мы будем измерять их движение все более и более точно, и надеемся, что сможем разобраться в этом гравитационном часовом механизме.

Источник

Tweet