Поиск - новости науки и техники

Миры в ассортименте. Благодаря новому методу даже астрономы-любители смогут открывать далекие планеты.

Ученые давно предполагали, что за пределами Солнечной системы существуют планеты, вращающиеся вокруг своего собственного солнца. Но задача их обнаружения считалась неразрешимой. Возможности открывать такие объекты во Вселенной (их назвали экзопланетами) появились только в конце прошлого века, а новые методы поиска, которые развивают петербургские астрономы, позволяют сегодня даже небольшим обсерваториям вносить свою лепту в эту работу.
О результатах многообещающих исследований рассказывает старший научный сотрудник Главной (Пулковской) астрономической обсерватории Российской академии наук кандидат физико-математических наук Роман БАЛУЕВ, который вместе со своим коллегой Евгением Соковым получил грант Президента РФ для молодых ученых.

– Первое надежное открытие экзопланеты, обращающейся вокруг светила, подобного нашему, относится к 1995 году, – начинает издалека Роман. – Швейцарцами Мишелем Майором и Дидье Кело проводился прецизионный мониторинг скорости солнцеподобной звезды в созвездии Пегас (51 Пегаса). Измерения велись на основе известного эффекта Доплера, вызывающего смещение линий поглощения в спектре. Это смещение оказалось не постоянным, как должно было бы быть при равномерном движении, а содержало периодическое возмущение малой амплитуды. Поэтому был сделан вывод о наличии у звезды невидимого спутника, масса которого оказалась сопоставимой с массой планеты Юпитер. Сам доплеровский метод получил, таким образом, значительный толчок в развитии, а число известных экзопланет начало быстро расти и к сегодняшнему дню уже перевалило за тысячу.
Сейчас новая экзопланета открывается в среднем каждые три дня. И уже стало ясно, что в 1995 году была основана совершенно новая бурно развивающаяся область астрономии. Первые открытые экзопланеты были по сочетанию своих физических и орбитальных характеристик совершенно не похожи на те, что относятся к нашей Солнечной системе. Так, планета у звезды 51 Пегаса оказалась прототипом нового класса так называемых “горячих юпитеров”: массивных планет, обращающихся почти вплотную к своей звезде. Радиусы их орбит могут быть в десятки раз меньше, чем у Меркурия – ближайшей к Солнцу планеты. В нашей системе нет ничего подобного.
Возникновение таких планет пытаются объяснить в рамках теории орбитальной миграции, в которой предполагается, что “горячие юпитеры” изначально зародились далеко от звезды (где нужного для этого материала из относительно тяжелых элементов было достаточно). И только затем за счет взаимодействия с протопланетным газово-пылевым диском переместились (мигрировали) ближе к звезде. По крайней мере, это пока наиболее проработанная теория. Так или иначе, мы видим, как открытие одной-единственной планеты с необычными свойствами дало мощный импульс в развитии смежных областей науки, в данном случае – теории формирования планет.
Доплеровский метод поиска до сих пор остается одним из лучших по количеству открытых экзопланет. Однако рядовые ученые и малые научные группы от него фактически отрезаны, так как его реализация требует спектральных инструментов высочайшего качества. Это штучные приборы. Во всем мире их наберется, возможно, с дюжину. Россия в этом направлении, к сожалению, отстает лет на двадцать. Мы и сейчас едва смогли бы обнаружить планету 51 Пегаса.
Другой метод поиска экзопланет основан на прецизионном мониторинге блеска (яркости) звезд. Чисто случайно у некоторых светил могут найтись планеты, которые для земного наблюдателя будут регулярно проходить прямо перед диском своей звезды. В ходе такого явления световой поток будет несколько снижаться, так как видимый нам диск звезды частично затмевается планетой. Подобное затмение регистрируется инструментально. Это так называемый метод прохождений.
Падение блеска звезды в ходе планетного прохождения невелико – на несколько процентов в самом лучшем случае, так как затмевается малая часть площади звездного диска. Тем не менее такая точность измерений уже под силу даже довольно слабым, фактически любительским обсерваториям. Здесь существенное ограничение возникает в другом: лишь небольшой процент планет имеет столь удачно ориентированные орбиты. Поэтому нужно тщательно измерять яркость многих звезд, прежде чем обнаружить хотя бы одну планету. При этом наблюдать нужно непрерывно: планетные прохождения хоть и периодически повторяются, но довольно скоротечны (несколько часов), а мы не знаем, когда у какой звезды их ждать и ждать ли вообще. Соответственно, почти все такие наблюдения неизбежно проводятся “вхолостую”. А значит, они эффективны лишь с применением специализированных роботизированных телескопов или космических аппаратов, то есть опять же мало кому доступны.
В последнее время набирает популярность новый метод поиска экзопланет, который исследуется в нашем проекте, поддержанном грантом президента. Он основан на мониторинге ограниченной выборки звезд, у которых уже известны планеты с прохождениями. Предполагается, что у звезды могут быть еще планеты, помимо той, что дает прохождения. В таком случае движение последней будет возмущено гравитационным притяжением со стороны невидимых планет, что вызовет небольшие смещения моментов прохождений – отклонения от строгой периодичности. Точно измеряя эти моменты и их смещения, мы можем заподозрить наличие дополнительной планеты. Такой метод был назван методом тайминга прохождений – “transit timing variations”, или TTV. Подобные наблюдения для неспециализированных наземных обсерваторий вести значительно проще, так как понятно, какие звезды нужно наблюдать (с уже известными планетными прохождениями) и когда их следует наблюдать (в предсказанные моменты прохождений).
– Какие перспективы у нового метода?
– Идея метода тайминга планетных прохождений приобрела популярность лишь в последние годы, так как для его применения нужно как минимум набрать достаточное количество звезд с известными планетными прохождениями. Данная научная область представляет собой малоисследованное поле, в котором в отличие от прецизионных доплеровских наблюдений может работать практически каждый. Фактически для этого годится даже оборудование любительского класса. Столь благоприятные ситуации в истории астрономии возникают нечасто. Поиск экзопланет может стать своего рода “наукой общего доступа” (“citizen science”), что позволит сделать в этой области качественный скачок, подобный тому, который привел в последние десятилетия к резкому увеличению числа открываемых астероидов и прочих малых тел Солнечной системы.
– Что вы уже  сделали в этом направлении?
– На базе Пулковской обсерватории мы организовали международную наблюдательную компанию, и активно участвуем в ее работе. Ведем поиск новых экзопланет при помощи тайминга планетных прохождений. В нашу наблюдательную сеть входит более 30 телескопов профессиональных и любительских обсерваторий, расположенных по всему миру (см. рис.). Уже отобран 21 объект из множества звезд с наблюдаемыми планетными прохождениями. Участники проекта сами ведут исходные фотометрические наблюдения объектов и выполняют их первичную обработку. После этого информация загружается в базу данных Exoplanet Transit Database Чешского астрономического союза, открытую для общего доступа.
Цель нашей работы – проводить максимально полную статистическую обработку полученных фотометрических данных (кривых блеска звезд) с учетом всевозможных систематических погрешностей. В результате мы получаем данные “второго уровня”, представляющие собой набор моментов планетных прохождений (для каждой звезды). В этих тайминговых данных мы затем ищем отклонения от строгой регулярности, которые могут говорить о наличии у звезды новых, еще неизвестных, планет.
Работа по гранту идет лишь несколько месяцев, потому обсуждать конкретные результаты пока не имеет большого смысла: они слишком сырые. Мы только наладили методику обработки фотометрии. К сожалению, сейчас наша работа осложняется тем, что средства по гранту президента до сих пор не поступили и мы не имеем возможности даже провести запланированные в заявке закупки компьютерного оборудования. Надеемся, в скором времени эта ситуация все же изменится.

Беседовал Василий ЯНЧИЛИН
Иллюстрации предоставлены Р.Балуевым

Нет комментариев