Обнаружен редкий случай вращения звезды вокруг планеты. Планеты с несколькими солнцами

Исследователи из Принстона и Калифорнийского технологического института в компьютерной модели поместили землеподобную планету на орбиту двойной звезды Kepler-35(AB). Оказалось, что условия на такой планете могли бы быть пригодными для возникновения и поддержания жизни. Даже несмотря на то, что на такую «Землю» действовало бы притяжение обеих звёзд и она перемещалась бы по причудливой, изогнутой орбите.

К сожалению, потенциально обитаемая планета, на небосводе которой светят два солнца, как на Татуине из саги «Звёздные войны», существует только в компьютере. В реальности в системе Kepler-35(AB) наблюдают планету в восемь раз большую, чем Земля, которая совершает полный оборот вокруг двух звёзд всего за 131,5 дня.

По словам исследователей, работа всё же дала важный результат. «Это означает, что системы с двойными звёздами, подобные той, которую мы рассматривали, прекрасно подходят для обитаемых планет, несмотря на значительные различия в объёме солнечного света, который гипотетические планеты в такой системе будут получать», — пояснил один из участников исследования Макс Попп, научный сотрудник Принстонского университета и Института метеорологии Макса Планка в Гамбурге.

Атмосфера из горячего пара

Практически одновременно c новостью о Kepler-35(AB) пришло ещё одно интересное известие. Джону Саутуорту из Килского университета в Великобритании с помощью телескопа ESO/MPG (располагается в Чили) впервые определить наличие атмосферы у планеты, которая может быть похожа на Землю. Планета GJ 1132b обращается вокруг достаточно холодной звезды, красного карлика GJ 1132. Считается, что это скалистое небесное тело на 20% больше Земли в диаметре и на 60% — по массе. Такие планеты называют суперземлями. GJ 1132b находится «всего» в 39 световых годах от Земли.

На некоторых снимках, сделанных с помощью радиотелескопов, планета оказалась меньше, чем на других. Учёные рассмотрели эти снимки и пришли к выводу, что определённая область у края небесного тела прозрачная. Эта область, окружающая планету, и есть её атмосфера. По мнению учёных, газовая оболочка GJ 1132b состоит большей частью из метана или водяного пара. Наличие пара особенно заинтересовало учёных, поскольку это значит, что на планете есть жидкая вода, которая испаряется и образует атмосферу.

Минус три

Планеты, подобные GJ 1132b, похожи по размеру и составу на Землю и находятся на таком расстоянии от своих звёзд, что на них вполне могли сложиться условия для зарождения жизни.

Между тем пока такие планеты всё чаще разочаровывают учёных. Так, по меньшей мере три планеты из семи обращающихся вокруг красного карлика TRAPPIST-1, могут на деле оказаться мёртвыми мирами. Учёные из венгерской Обсерватории Конкоя представили на суд коллег исследование магнитного поля звезды. Оказалось, активность TRAPPIST-1 способна провоцировать частые и мощные магнитные бури.

Подобная геомагнитная буря на Земле в 1859 году вывела из строя телеграфные системы в Европе и Америке. Полярное сияние можно было наблюдать с берегов Карибского моря. С учётом того, что планеты в системе TRAPPIST-1 ближе к звезде, чем Земля к Солнцу, вспышки подобной силы происходят там гораздо чаще. Судя по имеющимся данным, за 80 дней их число может достигать пяти, а более слабые вспышки происходят в четыре раза чаще, чем на Земле. Подобная активность могла сделать атмосферу этих планет непригодной для жизни.

Звезда против атмосферы

Другим разочарованием грозит исследование планеты Проксима b, обращающейся вокруг красного карлика Проксима Центавра. Это ближайшая к Земле экзопланета, расположенная на расстоянии чуть больше четырёх световых лет.

Учёные из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики представили свои модели, согласно которым зарождению жизни на Проксиме b могли помешать не только вспышки на звезде, но и звёздный ветер, гораздо более сильный и неоднородный, чем солнечный. Как недавно сообщили специалисты, именно из-за солнечного ветра мог некогда лишиться своей атмосферы Марс: поток плазмы постепенно выбил больше половины частиц его газовой оболочки в космос. Нечто подобное, вероятно, произошло и с Проксимой b.

Однако скоро у учёных появится возможность узнать гораздо больше о том, есть ли атмосфера у планет в других системах и каков её состав. На 2018 год запланирован запуск космического телескопа имени Джеймса Уэбба, разработанный NASA, Европейским и Канадским космическими агентствами. Он позволит взглянуть на планеты в инфракрасном спектре и проанализировать состав их атмосфер.

В пятом издание своей книги ""Вселенная, жизнь и разум ’’:
""Другими словами, если учитывать достаточно малые значения отношения M2/ M1, то получится, что практически все звезды солнечного типа, либо кратные, либо окружены семьей планет . Если условно положить, что наибольшая масса планеты равна 10 -3 масс Солнца (Юпитер!), то получится, что ~ 10 % всех звезд типа Солнца имеют планетные системы. По нашему мнению, несмотря на сравнительную бедность использовавшегося статистического материала, исследования Абта и Леви являются лучшим из всех существующих обоснованием множественности планетных систем для звезд солнечного типа. ""

Иными словами в те времена считалось, что система может состоять либо из нескольких звезд, либо из одной звезды с планетами. Современные исследования показали, что это предположение ошибочно - в системах из нескольких звезд тоже могут быть планеты. Поэтому в этой части я кратко опишу открытия в этой области.

Существуют два типа таких планетных систем. Первый тип, это когда планеты вращаются вокруг каждой звезды системы. Для наглядности это можно продемонстрировать на следующей схеме:

Буквой P обозначена планета, буквами A и B отдельные звезды звездной двойной. .

Пример такой системы приведен в самом начале, как кадр из фантастического фильма. В нем показана планета (где разворачиваются драматические события с несравненным Вин Дизелем ), которая находится в тройной системе звезд, включающей в себя еще и тесную пару звезд. Периодически на планете происходят продолжительные затмения, вызванные планетами-гигантами с кольцами, обращающимися на орбитах с меньшим и большим периодом обращения, чем у обитаемой планеты, где происходят главные события в фильме.

Схема планетной системы из мира Риддика .

Уже первые открытия экзопланет показали широкое распространение таких систем. Наиболее примечательной из них стала планетная система у звезды , заподозренная еще в 1988 года. Последнее исследование от 2011 года дает следующие параметры системы (в скобках погрешности):
Период планетной системы 903.3(1.5) суток. Эксцентриситет орбиты 0.049(0.034). Минимальная возможная масса (из метода лучевых скоростей) 1.85(0.16) масс Юпитера . Максимальная возможная масса (из астрометрии Гиппарха ) 28 масс Юпитера . Большая полуось орбиты 2.05(0.06) астрономических единиц .
Период обращения звездной двойной 67(1.4) лет, эксцентриситет 0.41, масса главной звезды (вокруг которой найдена планета) 1.4(0.12) массы Солнца , масса второй звезды 0.41(0.02) массы Солнца .
Схематично компактность этой системы можно изобразить на следующей схеме (масштаб сохранен):

Схема известных компаньонов в системе . Взято отсюда .

Наряду с очень низким эксцентриситетом планетной орбиты по сравнению с орбитой второй звезды, многие обращают внимание на похожесть этой системы на ближайшую к нам звездную двойную - Альфу Центавра (в которой также недавно найден планетный кандидат). У Альфы Центавра параметры двойной составляют: большая полуось 23.4 астрономических единиц , эксцентриситет орбит 0.52, период обращения 79.4 года, массы звезд в 1.1 и 0.93 масс Солнца .

Если говорить в общем, в настоящее время обнаружено около полусотни таких систем, преимущественно методом лучевых скоростей . Из-за того, что спектрографам сложно измерять лучевые скорости звезд по отдельности у звездных двойных (обычно таким методом ищут планеты у звезд с разделением больше 2 угловых секунд ), преимущественно открыты планетные системы в широких двойных с расстоянием между звездами в сотни и тысяч астрономических единиц .

Кроме метода лучевых скоростей , в последнее время становиться эффективным поиски транзитов таких планет. К примеру, телескопу Кеплер удалось найти первые планетные системы, у которых вокруг каждой звезды в двойной звездной системы обращаются планеты. У звезды (или Кеплер-132 ) было обнаружено три транзитных планеты с периодами: 6.18, 6.42 и 18.0 дней. Теоретические расчеты показали, что такая система планет не может быть устойчивой, если все три планеты обращаются вокруг одной звезды. Детальное фотографирование этой звезды разрешило загадку:

Измеренное угловое расстояние между звездами составляет 0.9’’ угловых секунд , что соответствует расстоянию между ними в 450 астрономических единиц . Кроме того спектры отдельных звезд показали, что звезды имеют очень близкие лучевые скорости, что является дополнительным доказательством их физической связи. Пока астрономам не удалось установить вокруг какой именно звезды обращаются две транзитные планеты с периодами около 6 и 18 дней, а вокруг какой только одна планета с периодом около 6 дней. Второй такой подобной системой является Кеплер-296 (KOI-1422 ). В ней найдено 5 транзитных планет и аналогично теоретические расчеты говорят, что эта система не может быть устойчивой.

Теперь перейдем ко второму типу планетных систем у двойных звезд . Он состоит из планет, которые обращаются сразу вокруг нескольких звезд. Схематично его можно изобразить так:

Буквой P обозначена планета, буквами A и B обозначены отдельные звезды звездной двойной. .

Исторически первые такие системы были открыты у затменных двойных (системы в которых звезды затмевают друг друга по отношению к земному наблюдателю). Наблюдая такие системы много десятков лет можно с высокой точностью измерять периодичность этих затмений. Если в системе обращается еще и внешняя планета или планеты, то ее гравитация будет вызывать возмущения на периодичность звездных затмений. Первая такая система была опубликована в 2008 году у звезды . Вокруг этой тесной системы, состоящей из красного карлика и белого субкарлика (затмевающих друг друга с периодом всего лишь 3 часа) были обнаружены свидетельства еще двух планет. Их вычисленные периоды обращения составили 9 и 16 лет, а массы 8 и 19 масс Юпитера .

Художественное изображение системы . .

Затем позже было опубликовано еще несколько подобных систем. Метод тайминга затмений звездных двойных имеет низкую чувствительность и обнаруживает системы из массивных планет с большими периодами обращения. К счастью, в последние годы космическому телескопу Кеплер удалось открыть несколько более компактных систем подобного типа. Благодаря высокой точности измерения яркости звезд и большой продолжительности непрерывных наблюдений ему удалось открыть несколько систем, в которых происходят затмения (по отношению к земному наблюдателю) вызванные одновременно, и звездами, и планетами.

Системы, состоящие из транзитных звезд и планет, найденные телескопом Кеплер . В таблице, приведены периоды и эксцентриситеты звездных и планетных орбит. Последний столбец означает отношение периодов обращения планетной орбиты к зоне нестабильности, в которой планеты не могут иметь устойчивые орбиты. Размеры планет в этих системах составляют несколько радиусов планеты Земля . .

Как следует из таблицы, даже большой эксцентриситет звездной орбиты (как у Кеплер-34 ) не гарантирует такой же у близкой планетной орбиты в системе (планетная орбита имеет почти круговую орбиту). Отношение периодов обращения планет и звезд доходит даже всего лишь до 1 к 6 или 1 к 7 (Кеплер-35 и Кеплер-413 ).

Предварительное изучение этих находок позволяет оценить, что встречаемость планет (размером больше 6 радиусов Земли и с периодом обращения до 300 суток) у подобных тесных звезд составляет 4%-28% в случае компланарных орбит (орбиты планет и звезд близки к одной плоскости). Если же орбиты расположены хаотично, то встречаемость может даже достигать 47%. В любом из сценариев эти предварительные оценки превышают оценки встречаемости для подобных планет у одиночных звезд.

В заключение остается отметить, что последние исследования все больше доказывают, что образование планет, в системах из нескольких звезд, происходит не менее эффективно, чем у одиночных звезд. В пользу этого также говорит обнаружение непосредственно протопланетных дисков у двойных звезд.

Изображение пылевых дисков, обращающихся вокруг каждой звезды молодой звездной системы SR24 . Слева изображение телескопа Субару , справа теоретическая интерпретация наблюдений. .

Правообладатель иллюстрации AP Image caption Количество известных людям экзопланет быстро увеличивается

Международная группа астрономов заключила, что около каждой из звезд, видных на ночном небе, обращается по меньшей мере одна экзопланета.

Это означает, что только в нашей галактике есть около 10 миллиардов планет, по размеру соответствующих Земле.

Для наблюдения за далекими звездами ученые использовали явление, известное как гравитационная линза, то есть искривление светового луча под влиянием гравитации массивного небесного тела.

Это гравитационное поле способно вести себя подобно увеличительному стеклу и усиливать свет от более удаленных звезд, вокруг которых могут обращаться планеты.

Группа астрономов, использующих относительно небольшие телескопы, объединились в сеть по поиску новых землеподобных планет под названием Mindstep.

Они пытались засечь довольно редкое явление, когда при наблюдении с Земли одна из звезд оказывается непосредственно перед другой, более удаленной звездой. В таком случае и возникает эффект микролинзирования, позволяющий находить новые экзопланеты.

В результате сети Mindstep удалось зафиксировать 40 таких явлений, и в трех случаях были найдены планеты, находящиеся на орбите более далеких звезд.

Хотя количество найденных планет оказалось относительно небольшим, на основании этих открытий исследовательская группа сумела подсчитать общее количество экзопланет.

Как "мигают" планеты

"Только за последние 15 лет количество известных нам планет за пределами Солнечной системы выросло с нулевой отметки до примерно 700, - заявил соавтор исследования Мартин Доминик из университета Сент-Эндрюс в Шотландии – Но, по нашим оценкам, только в Млечном Пути существуют сотни миллиардов таких планет".

В последние годы большинство новых экзопланет было открыто при помощи телескопа "Кеплер" – астрономического спутника НАСА, предназначенного для поиска небесных тел, похожих на Землю.

"Кеплер" пытается найти экзопланеты, засекая мигание, то есть изменение яркости той или иной звезды в момент, когда планета проходит между ней и телескопом.

Этот метод более эффективен при поиске больших планет, расположенных поблизости от своих звезд.

Эффект гравитационной линзы использовать труднее, однако он позволяет находить планеты всех размеров и на больших расстояниях.

Результаты работы группы астрономов были представлены на 219-й встрече Американского астрономического общества, они также опубликованы в журнале Nature.

Двойные звезды – достаточно распространенные объекты в наблюдаемой Вселенной. Но, невзирая на это, они вызывают неподдельный интерес у астрономов всего мира.

Ученые утверждают, что двойные звезды составляют примерно половину всех звезд нашей галактики. Двойная звезда представляет собой систему, состоящую из двух объектов (звезд), связанных между собой гравитационными силами. Обе звезды, входящие в систему, вращаются вокруг общего центра их масс. Расстояния между звездами могу отличаться, равно как и масса этих звезд, а также их размеры. Обе звезды, входящие в гравитационную систему, могут иметь, как схожие, так и отличительные характеристики. Например, звезда А может иметь большую массу или размер, чем звезда В.

Двойные звезды помечают латинскими буквами традиционно. Обычно буквой «А» помечают более яркого и массивного компаньона. Буквой «В» — менее яркую и массивную звезду.

Ярким примером системы двойной звезды выступает ближайшая к нам звездная система – А и В. Она представляет собой целостную систему из двух звезд. Сама же Альфа Центавра состоит из трех компонентов. Если взглянуть на эту звезду, не прибегая к помощи различных оптических приборов, невооруженным глазом она будет визуально восприниматься, как одна звезда. Если посмотреть на нее через телескоп, то мы отчетливо увидим два, а то и три компонента этой системы. В качестве других примеров двойных звезд можно привести систему Бета Лиры, систему Бета Персея (Алголь), и другие звезды.

Классификация

Астрономами было уже давно обнаружено, что двойные звезды могут отличаться по типу своего происхождения, физическим параметрам и прочим характеристикам. По этой причине ученые предложили классифицировать эти объекты небесной сферы. Условно двойные звезды разделяют на два типа: звезды, между которыми не происходит обмена масс, и звезды, между которыми он происходит, происходил или будет происходить в будущем. Последние, в свою очередь, подразделяются на контактные и полуразделенные. В контактных системах обе звезды заполняют свои полости Роша. В полуразделенных – только одна звезда.

Помимо представленной выше классификации, двойные звезды можно разделить по способу их наблюдения. Так, существуют астрометрические, затемненные, спектральные и визуальные двойные звезды.

Астрометрические двойные звезды обнаруживаются на небе путем наблюдения изменений и нелинейности движения видимого объекта системы. Таким способом часто астрономы обнаруживают коричневые карлики, которые иными путями зафиксировать не удается. Затемненные двойные звезды можно обнаружить путем фиксации изменения блеска в паре звезд. Во время вращения звезды-компаньоны как бы затмевают друг друга, и за счет этого выдают себя, как двойная звезда. Метод обнаружения двойной звезды заключается в измерении на протяжении нескольких ночей. Смещение линий спектра звезды на протяжении некоторого времени, большая разница между минимальной и максимальной скоростью звезды, изменение лучевых скоростей – все это может указать на то, что наблюдаемое нами небесное тело – двойная звезда. Визуальный метод обнаружения двойных звезд самый простой. При помощи мощного телескопа мы можем обнаружить двойные звезды, которые удобны для визуального наблюдения и находятся на сравнительно недалеком от нас расстоянии.

Явления и феномены, связанные с двойными звездами

Интересным феноменом, который тесно связан с двойными звездами, является парадокс Алголя. Алголь – это двойная звезда, которая находится в созвездии Персея. Согласно общей теории эволюции небесных светил, чем больше масса звезды, тем быстрее она проходит все стадии эволюции. Но Парадокс Алголя заключается в том, что Алголь В – компонент двойной звезды, который обладает меньшей массой, эволюционно старше более массивного компонента этой системы – Алголь А. Ученые считают, что данный парадокс напрямую связан с эффектом перетекания масс в тесных двойных системах, за счет которого меньшая по размерам звезда могла эволюционировать быстрее более массивного компонента системы.

С Парадоксом Алголя тесно связано еще одно интересное астрономическое явление, свойственное двойным звездам – это обмен массами между ними. Компоненты двойных звезд способны обмениваться своими массами и частицами друг с другом. У каждого из компонентов есть полость Роша – область, в которой гравитационные силы одного компаньона преобладают над гравитационными силами другого. Точка соприкосновения полостей Роша обеих звезд именуется точкой Лагранжа. Через эту точку возможно перетекание вещества одного компаньона к другому.

Интересным явлением, связанным с двойными звездами, можно также считать симбиотические системы двойных звезд. Данные системы состоят, как правило, из красного гиганта и белого карлика, которые вращаются вокруг общего центра масс. Продолжительность жизни таких систем сравнительно невелика. Однако для них характерны новоподобные вспышки, которые способны увеличить яркость звезды в 2-3 раза. Кроме того, симбиотическим двойным звездам свойственны и другие интересные астрофизические характеристики, которые привлекают умы астрономов всего земного шара.

Происхождение и эволюция двойных звезд

Происхождение и эволюция двойных звезд происходит, в принципе, по тому же сценарию, что и у обычных звезд. Однако есть некоторые нюансы, которые отличают происхождение и эволюцию двойных систем от происхождения и эволюции одиночных светил.

Эволюция тесной двойной системы в представлении художника

Как и одинарные звезды, двойные системы образуются под влиянием гравитационных сил из газопылевого облака. В современной астрономии существует три наиболее популярных теории образования двойных звезд. Первая из них связывает образование двойных систем с разделением на раннем этапе общего ядра протооблака, которое послужило материалом для возникновения двойной системы. Вторая теория связана с фрагментацией протозвездного диска, в результате чего могут появиться не только двойные, но и многократные системы звезд. Происходит фрагментация протозвездного диска на более позднем этапе, чем фрагментация ядра. Последняя теория гласит, что образование двойных звезд возможно путем динамических физико-химических процессов внутри протооблака, которое служит материалом для образования звезд.

Экзопланеты вокруг двойных звезд

Две планеты земных размеров, вращающиеся друг вокруг друга, могут быть частью систем отдаленных звезд, считают исследователи Калифорнийского технологического института (Пасадена).

Солнечная система обеспечивает множество примеров того, как спутники вращаются вокруг планет; Юпитер и Сатурн на двоих обладают более чем 60 спутниками. Тем не менее, эти тела обычно намного меньше, чем их материнские планеты (диаметр Земли больше лунного в четыре раза, а масса нашей планеты в 80 раз больше массы ее спутника).

Как бы то ни было, некоторые спутники могут обладать и планетарными размерами. К примеру, Ганимед, самый большой спутник Юпитера, больше планеты Меркурий (диаметр этого спутника равняется трем четвертям диаметра Марса). Кроме этого, иногда размеры спутника и родительской планеты бывают почти равными (самый большой спутник Плутона, Харон, по диаметру не уступает своей планете). Все вышеперечисленные факты говорят в пользу гипотезы о том, что планеты одинакового размера могут вращаться друг вокруг друга.

Двойные (бинарные) звезды широко распространены в галактике Млечного Пути. Некоторые из этих двойных звездных систем даже известны тем, что вокруг них вращаются экзопланеты. Двойные астероиды также существуют во множестве звездных систем. Несмотря на это, двойные планеты, имеющие земные размеры, рассматриваются пока что, как объект научной фантастики.

Одна из возможностей образования бинарных планет заключается в том, что два миры, вращающиеся вокруг общей звезды, сближаются достаточно для зарождения гравитационного взаимодействия. Для проверки такой возможности исследователи провели симуляцию поведения двух скалистых миров, приближающихся друг к другу. Каждая планета модели была спроектирована как состоящая из 10000 частиц; также ученые варьировали скорость движения планет и значения их углов при приближении друг к другу. Им удалось упростить модель настолько, что проведение каждой симуляции занимало не более дня.

Исследователи провели более двадцати симуляций, которые, тем не менее, часто заканчивались столкновением планет, их срастанием в один мир с образованием диска из космических обломков (из этих обломков в будущем могли бы сформироваться спутники). В некоторых симуляциях планеты на огромной скорости слегка задевали друг друга, вновь отдаляясь в пространстве.

Как бы то ни было, около трети симуляций завершались успешно, то есть образованием бинарных планет. В этом случае главную роль играли легкие контакты миров, происходящие на сравнительно небольших скоростях.

Такие планеты располагаются чрезвычайно близко друг к другу. Обычно, их разделяет расстояние в половину диаметра планеты. Со временем миры начинают, что называется, идти нога в ногу, будучи постоянно обращенными к партнеру одной стороной. Структура двойных миров может оставаться стабильной на протяжении миллиардов лет, так как подобные системы формируются на расстоянии, как минимум, половины астрономической единицы от родительской звезды. В данном случае гравитационное влияние светила не влияет существенным образом на межпланетные связи.

В будущем исследователи собираются провести больше симуляций, наращивая их параметры, чтобы получить лучшее представление о возможности образования бинарных планет.