На сегодняшний день обнаружено более 100 экзопланет, обращающихся вокруг других звезд, помимо Солнца. Но хотя их орбитальные периоды и расстояния от их центральных звезд хорошо известны, их истинные массы не могут быть определены с уверенностью, только более низкие пределы.
Это фундаментальное ограничение присуще обычному методу наблюдения за экзопланетами - измерению небольших и регулярных изменений скорости центральной звезды, вызванных гравитационным притяжением планеты, когда она вращается вокруг звезды.
Однако в двух случаях было обнаружено, что орбита экзопланеты расположена таким образом, что планета движется перед звездным диском, если смотреть с Земли. Это «транзитное» событие вызывает небольшой и временный провал в яркости звезды, поскольку планета покрывает небольшую часть своей поверхности, которую можно наблюдать. Дополнительные сведения о пространственной ориентации планетарной орбиты позволяют напрямую определить истинную массу планеты.
Теперь группа немецких астрономов [1] нашла третью звезду, в которой планета, несколько крупнее Юпитера, но вдвое менее массивная, движется перед центральной звездой каждые 28,5 часов. Ключевое наблюдение этой звезды солнечного типа, получившей обозначение OGLE-TR-3 [2], было сделано с помощью высокодисперсионного спектрографа UVES на Очень Большом Телескопе (VLT) в обсерватории ESO Паранал (Чили)..
Это экзопланета с самым коротким периодом, найденным до сих пор, и она находится очень близко к звезде, всего в 3,5 миллионах километров. Полушарие, обращенное к звезде, должно быть очень горячим, около 2000 градусов, и планета явно теряет свою атмосферу с большой скоростью.
Поиск экзопланет
На сегодняшний день обнаружено более 100 планет, обращающихся вокруг других звезд, помимо Солнца. Эти «экзопланеты» бывают самых разных размеров и движутся по самым разным орбитам на разных расстояниях от своей центральной звезды, некоторые почти круглые, а другие довольно вытянутые. Некоторые планеты в пять-десять раз массивнее самой большой в Солнечной системе, Юпитера - самые легкие известные на данный момент экзопланеты имеют примерно половину массы Сатурна, то есть примерно в 50 раз массивнее Земли.
Астрономы охотятся за экзопланетами не только для того, чтобы обнаружить больше таких объектов, но и для того, чтобы узнать больше о кажущемся разнообразии планетарных систем. Текущая основная цель исследований - в конечном итоге обнаружить экзопланету, похожую на Землю, но имеющиеся телескопы и инструменты все еще недостаточно «чувствительны» для этой сложной задачи.
Однако и в этом контексте крайне желательно знать не только орбиты наблюдаемых экзопланет, но и их истинные массы. Но это непростая задача.
Массы экзопланет
Практически все экзопланеты, обнаруженные до сих пор, были обнаружены косвенным методом - измерением вариаций скорости звезд. Он основан на гравитационном притяжении вращающейся вокруг планеты, которое заставляет центральную звезду немного двигаться вперед и назад; чем тяжелее планета, тем больше связанное с ней изменение скорости звезды.
Эта методика быстро совершенствуется: новый спектрограф HARPS (высокоточный прибор для поиска планет с радиальными скоростями), который в настоящее время проходит испытания на 3,6-м телескопе в обсерватории ESO Ла Силья, может измерять такие звездные движения с непревзойденной точностью около 1 метра в секунду (м/с), ср. ЕСО ПР 06/03. Вскоре он сможет искать экзопланеты, которые лишь в несколько раз массивнее Земли.
Однако измерения скорости сами по себе не позволяют определить истинную массу вращающейся планеты. Из-за неизвестного наклона планетарной орбиты (к лучу зрения) они дают только нижний предел этой массы. Поэтому необходима дополнительная информация об этом наклонении орбиты, чтобы определить истинную массу экзопланеты.
Транзитный способ
К счастью, эта информация становится доступной, если известно, что экзопланета перемещается («транзит») по диску звезды, как видно с Земли; тогда плоскость орбиты обязательно должна находиться очень близко к линии прямой видимости. Это явление точно такое же, как и в нашей Солнечной системе, когда внутренние планеты Меркурий и Венера проходят перед солнечным диском, если смотреть с Земли [3]. Солнечное затмение (вызванное движением Луны перед Солнцем) является более экстремальным случаем того же типа событий.
Во время такого транзита экзопланеты наблюдаемая яркость звезды немного уменьшится, потому что планета блокирует часть звездного света. Чем больше планета, тем больше света блокируется и тем больше уменьшается яркость звезды. Изучение того, как эта яркость меняется со временем (астрономы ссылаются на «кривую блеска»), в сочетании с измерениями лучевой скорости позволяет полностью определить планетарную орбиту, включая точное наклонение. Он также предоставляет точную информацию о размере планеты, истинной массе и, следовательно, плотности.
Вероятность того, что конкретная экзопланета пройдет перед диском своей центральной звезды, если смотреть с Земли, невелика. Однако из-за решающей важности таких событий для полной характеристики экзопланет астрономы в течение некоторого времени активно искали звезды, которые испытывают небольшие регулярно возникающие «падения яркости», которые могут быть вызваны экзопланетными транзитами..
Список OGLE
В прошлом году Эксперимент по оптическому гравитационному линзированию (OGLE) опубликовал первый список из 59 возможных случаев звезд с транзитными планетами [2]. Было обнаружено, что эти звезды - в выборке из примерно 5 миллионов звезд, наблюдаемых в течение 32-дневного периода - демонстрируют небольшие и регулярные провалы яркости, которые, возможно, могут быть вызваны транзитом экзопланеты..
Для одной из этих звезд, OGLE-TR-56, группа американских астрономов вскоре после этого наблюдала небольшие изменения скорости, убедительно указывающие на присутствие экзопланеты вокруг этой звезды.
УФЭС спектры ОГЛЭ-ТР-3
Теперь группа астрономов из Германии и ESO [1] использовала спектрограф высокой дисперсии UVES на 8,2-м телескопе VLT KUEYEN в обсерватории Параналь (Чили) для получения очень подробных спектров другой звезды на этом список, ОГЛЕ-ТР-3, ср. PR Фото 10a-b/03.
За период в один месяц было получено в общей сложности десять спектров высокого разрешения - каждый с временем экспозиции около одного часа - от объекта 16,5 зв. величины, то есть его яркость примерно в 16 000 слабее, чем то, что можно увидеть невооруженным глазом. Тщательная оценка показывает, что OGLE-TR-3 очень похож на Солнце с температурой около 5800 градусов по Цельсию (6100 K). И что самое интересное, он испытывает колебания скорости порядка 120 м/с.
Экзопланета на OGLE-TR-3
2-процентное падение яркости OGLE-TR-3, наблюдаемое во время программы OGLE, происходит каждые 28 часов 33 минуты (1,1899 дня), ср. PR Фото 10e/03. Измерения скорости UVES (PR Photo 10d/03) хорошо соответствуют этому периоду и с высокой вероятностью показывают наличие экзопланеты, обращающейся вокруг OGLE-TR-3 с этим периодом. В любом случае, наблюдения полностью исключают возможность того, что хорошо наблюдаемые изменения блеска могут быть связаны с наличием маленького звездного компаньона. Красный карлик вызвал бы изменение скорости на 15 км/с, а коричневый карлик - на 2,5 км/с; и то, и другое было бы легко наблюдать с помощью UVES, и ясно, что такие вариации можно исключить.
Хотя имеющихся наблюдений по-прежнему недостаточно для точного определения планетарных свойств, астрономы временно выводят истинную массу планеты порядка половины массы Юпитера. Оказалось, что плотность составляет около 250 кг/м3, что составляет лишь четверть плотности воды или пятую часть плотности Юпитера, так что планета довольно велика для такой массы - немного «вздута». Очевидно, это планета газообразного типа.
Очень горячая планета
Орбитальный период, 28 часов 33 минуты (1,1899 дня), является самым коротким из известных для любой экзопланеты, и расстояние между звездой и планетой, соответственно, невелико, всего 3,5 миллиона километров. Поэтому температура стороны планеты, обращенной к звезде, должна быть очень высокой, порядка 2000 °С. Ясно, что планета должна терять свою атмосферу из-за испарения. Астрономы также пришли к выводу, что на самом деле можно наблюдать эту экзопланету напрямую из-за ее сравнительно сильного инфракрасного излучения. Попытка сделать это скоро будет предпринята.
Поскольку таким образом была обнаружена только третья экзопланета (после тех, что у звезд HD209458 и OGLE-TR-56), новый объект подтверждает существующее мнение о том, что у значительного числа звезд могут быть планеты-гиганты на близких орбитах. Поскольку такие планеты не могут образоваться так близко к своей родительской звезде, они должны были мигрировать внутрь на текущую орбиту с гораздо большего начального расстояния. В настоящее время точно неизвестно, как это могло произойти.
Будущие перспективы
Ожидается, что будет проведено больше наблюдательных кампаний для поиска транзитных планет вокруг других звезд. Есть надежда, что OGLE-TR-3 и OGLE-TR-56 - лишь первые две экзопланеты из значительного числа, которые будут обнаружены таким образом.
Через несколько лет поиски также начнутся в специализированных космических обсерваториях, например, в космосе. Эддингтон и Дарвин ЕКА и Кеплер НАСА.
Подробнее
Полный текст этого пресс-релиза ESO с пятью фотографиями и всеми веб-ссылками доступен по адресу:https://www.eso.org/outreach/press-rel/pr-2003/ pr-09-03.html
Информация, содержащаяся в этом пресс-релизе, основана на исследовательской статье, которая только что была опубликована в европейском исследовательском журнале «Астрономия и астрофизика» («OGLE-TR-3: Возможная новая транзитная планета» Стефана Дрейзлера). и соавторы; т.402, стр. 791; astro-ph/0303183).
Примечания
[1]: В состав группы входят Стефан Драйцлер, Соня Л. Шу, Вильгельм Клей, Томас Раух и Клаус Вернер (Институт астрономии и астрофизики, Тюбинген, Германия), Петер Х. Хаушильдт (Hamburger Sternwarte, Германия).) и Буркхард Вольф (ESO). Томас Раух также связан с Dr.-Remeis-Sternwarte (Бамберг, Германия).
[2]: OGLE-TR-3 и 58 других звезд из списка OGLE были обнаружены в ходе обширного фотометрического поиска транзитов планет и объектов малой светимости в звездах галактического диска в пределах третьей фазы Оптического Эксперимент по гравитационному линзированию (OGLE III, ср. исследовательскую статью Удальски и его сотрудников в польском исследовательском журнале Acta Astronomica, том 52, стр. 1).
[3]: С прохождением Меркурия 7 мая 2003 г. в качестве прекрасной прелюдии к транзиту Венеры в следующем году 8 июня 2004 г. ESO и Европейская ассоциация астрономического образования (EAAE) вместе с Институтом Mecanique Celeste et de Calcul des Ephemerides (IMCCE) и Парижская обсерватория во Франции запускают крупную общественную программу, в которой все заинтересованные лица могут принять активное участие. Общий веб-адрес: