Ученые выяснили, что у одной из небольших звезд, относительно близких к Солнцу, есть семь планет, похожих на Землю. Небесные тела достаточно удалены от красного карлика, чтобы температура на их поверхности не превышала ста градусов Цельсия и на них могла существовать жидкая вода. Делимся подробностями об открытии, совершенном международной группой астрономов.
Экзопланетами называют планеты, которые вращаются вокруг других звезд. Одна из задач современной астрономии — поиск миров, напоминающих Землю. По оценкам, в галактике Млечный Путь находится 5-20 миллиардов двойников нашей планеты. Чтобы их найти, ученые пользуются специальными методами. Один из них — транзитный, основанный на наблюдении за прохождением небесного тела на фоне звезды.
В 2016 году Михаэль Жийон (Michaël Gillon) из Льежского университета в Бельгии и его коллеги сообщили, что им удалось обнаружить три экзопланеты, которые проходили на фоне одиночного красного карлика TRAPPIST-1 (расстояние до него — 39 световых лет). Свое название эта звезда получила из-за того, что ее открыли с помощью 0,6-метрового телескопа TRAPPIST (TRAnsiting Planets and PlanetesImals Small Telescope) в обсерватории ESO Ла-Силья в Чили. Этот красный карлик лишь на 11 процентов крупнее Юпитера.
Одна из трех экзопланет — TRAPPIST-1d — была зарегистрирована на основе двух транзитных сигналов, то есть астрономы наблюдали два прохождения этой планеты по диску красного карлика. Второе прохождение было зафиксировано с помощью «Очень большого телескопа» (VLT) в Чили. Когда ученые проанализировали полученные данные, оказалось, что затмение было тройное.
Это заставило провести более тщательные фотометрические наблюдения звезды. Астрономы проследили за шестью возможными транзитами TRAPPIST-1d с февраля по сентябрь 2016 года, используя космическую обсерваторию «Спитцер» и несколько наземных телескопов, включая TRAPPIST. Новые сведения позволили отвергнуть 11 предложенных ранее возможных периодов обращения экзопланеты вокруг звезды. Более того, выяснилось, что наблюдаемые два транзита относились к различным объектам.
Обсерватория «Спитцер», наблюдавшая звезду в течение 20 дней осенью 2016 года, получила кривые блеска, указывающие на 34 транзита. Новые данные, совмещенные с имеющимися, позволили выделить четыре транзитных сигнала с периодом 4,04 дня, 6,06 дня, 8,1 дня и 12,3 дня. Они соответствовали как уже обнаруженной экзопланете — TRAPPIST-1d, так и новым — TRAPPIST-1e, TRAPPIST-1f и TRAPPIST-1g. Кроме того, был зафиксирован еще один транзитный сигнал, принадлежащий самой отдаленной от звезды планете TRAPPIST-1h, чей период пока неизвестен.
Статистический анализ кривых блеска предоставил некоторую информацию о семи обнаруженных мирах и траекториях их орбит. Ученые с помощью динамической симуляции определили, какие формы должны быть у орбит, чтобы сложилась наблюдаемая картина. Установлено, что шесть внутренних экзопланет движутся по приблизительно круговым траекториям. Об орбите седьмой планеты данных нет.
Астрофизики смогли понять, как взаимодействуют планеты друг с другом, вычислить примерные массы шести внутренних планет и выявить их приблизительный химический состав. Так, пять планет (b, c, e, f и g) по размеру сравнимы с Землей, а диаметр двух других (d и h) меньше земного, но больше марсианского. Шесть внутренних планет являются железокаменными, при этом сравнительно малая плотность TRAPPIST-1f указывает на то, что ее окутывает мощная газовая оболочка либо толстый слой приповерхностного льда.
Авторы открытия подчеркивают, что для уточнения химического состава необходимы дальнейшие наблюдения с применением таких космических телескопов, как «Хаббл» и «Джеймс Уэбб» (второй должны запустить в 2018 году).
Ученые выяснили, что b, c, e, f, g и d формируют самую длинную из известных резонансных цепочек орбит экзопланет. Орбитальный резонанс происходит, когда два вращающихся вокруг одной звезды объекта оказывают друг на друга гравитационное воздействие. В результате их периоды обращения соотносятся друг с другом как небольшие натуральные числа, и планеты время от времени сближаются, находясь в одних и тех же точках орбит. Например, в Солнечной системе два оборота Сатурна соответствуют по времени пяти оборотам Юпитера.
Отношения периодов обращения пар планет c/b, d/c, e/d, f/e и g/f составляют 8/5, 5/3, 3/2, 3/2 и 4/3, соответственно. До этого длинные резонансные цепочки были обнаружены в компактных системах, в которых вокруг звезд, похожих на Солнце, вращаются суперземли и нептуны.
Установлено, что на поверхность внутренних планет поступает столько же солнечной радиации, сколько на Венеру, Землю или Марс. Однако все семь планет, по всей вероятности, находятся в приливном захвате с родительской звездой. Значит, небесные тела повернуты к красному карлику всегда одной стороной, что ухудшает условия на их поверхности. С учетом излучения, поступающего от TRAPPIST-1, только экзопланеты e, f и g могут быть покрыты водным океаном и их атмосфера похожа на земную. На планетах b, c и d, расположенных ближе к красному карлику, скорее всего, царит жара из-за мощного парникового эффекта, что делает их похожими на Венеру.
Что касается самой далекой планеты, то температура на ее поверхности, вероятно, ниже точки плавления льда. Однако на ней все же может существовать жидкая вода благодаря нагреванию из-за приливных процессов или наличию обогащенной водородом атмосферы, препятствующей потере тепла.
Ученые подчеркивают: в настоящее время орбитальные характеристики экзопланет системы TRAPPIST-1 слишком неопределенны, чтобы со стопроцентной уверенностью говорить об условиях на их поверхности. Тем не менее эти миры предоставляют астрономам уникальную возможность исследовать систему, напоминающую Солнечную, но с более холодной звездой.