«Сверхземля» на орбите вокруг звезды Барнарда

У ближайшей к Солнцу одиночной звезды есть экзопланета массой по крайней мере в 3.2 раза больше массы Земли — так называемая «сверхземля». Этот ледяной, тускло освещенный мир открыт в ходе одной из самых масштабных на сегодняшний день астрономических наблюдательных кампаний по данным, полученным на целом ряде телескопов по всему миру, в том числе и с знаменитым инструментом ESO, «охотником за планетами» HARPS. Обнаруженная планета – вторая из ближайших к Земле экзопланет, известных науке. Звезда Барнарда – самая быстролетящая из звезд нашего неба.

Зарегистрирована планета у звезды Барнарда, на расстоянии всего 6 световых лет от нас. Это открытие, о котором сообщается в статье, публикуемой сегодня в журнале Nature — результат осуществления проектов «Красные точки» и CARMENES: в рамках этих кампаний по поиску близлежащих каменистых экзопланет уже была открыта планета у Проксимы Центавра, нашего ближайшего звездного соседа.

Новая планета, обозначаемая «звезда Барнарда b», теперь вторая по близости к Земле из известных экзопланет [1]. Данные наблюдений говоря о том, что эта планета, вероятно, принадлежит к классу «сверхземель»: ее масса не менее 3.2 масс Земли, и она обращается вокруг материнской звезды примерно за 233 дня. Звезда Барнарда – красный карлик, холодная маломассивная звезда, очень тускло освещающая новооткрытый мир. Планета звезды Барнарда получает от своего светила всего 2% энергии, которую Земля получает от Солнца.

Несмотря на относительную близость к материнской звезде — примерно 0.4 расстояния между Землей и Солнцем — экзопланета лежит вблизи линии снега, границы, за которой летучие компоненты, такие, как водяной пар, могут конденсироваться в лед. В этом замороженном и темном мире температура, вероятно, близка к –170 ?: для жизни в известной нам форме эти условия нельзя назвать благоприятными.

Звезд Барнарда, названная в честь астронома E.E.Барнарда – ближайшая к Солнцу одиночная звезда. Эта звезда старая — вероятно, вдвое старше нашего Солнца — и относительно неактивная, но отличается самой большой видимой скоростью движения среди всех звезд, видимых на небе Земли [2]. «Сверхземли» — наиболее распространенный тип планет у таких маломассивных звезд, как звезда Барнарда, что лишний раз подтверждает достоверность сделанного открытия. Более того, современные теории образования планет предсказывают, что «линия снега» — идеальное место для формирования таких планет.

Предыдущие поиски планет у звезды Барнарда ни к чему не приводили. Прорыв был осуществлен только в результате объединения измерений на нескольких высокоточных инструментах, смонтированных на телескопах в разных частях мира [3].

“После очень тщательного анализа мы на 99% уверены, что открыли планету”, — говорит ведущий ученый группы Игнасий Рибас (Ignasi Ribas) из Института космических исследований Каталонии и Института наук о космосе Испании (CSIC. “Однако, мы продолжим наблюдения этой быстролетящей звезды, чтобы исключить возможные – хоть и крайне маловероятные – естественные вариации ее яркости, которые могли бы ошибочно быть интерпретированы как вызванные присутствием планеты”.

Среди инструментов, использованных при наблюдениях, были и знаменитые «охотники за планетами» ESO: спектрографы HARPS и UVES. “Приемник HARPS сыграл важнейшую роль в этом проекте. Мы объединили архивные данные, полученные другими исследователями, с новыми перекрывающимися измерениями звезды Барнарда, выполненными с разным оборудованием”, — рассказывает Гильем Англада Эскуде (Guillem Anglada Escud?) из Университета Королевы Марии в Лондоне, еще один ведущий ученый в группе, получившей этот замечательный результат [4]. “Именно комбинация различных инструментов оказалась ключевым фактором в перекрестной проверке результатов измерений”.

Для поиска экзопланеты астрономы использовали эффект Доплера. Когда планета обращается вокруг звезды, ее притяжение заставляет звезду немного смещаться. Когда звезда движется от Земли, ее спектр испытывает красное смещение, то есть, длины волн в спектре немного увеличиваются, а когда звезда движется к Земле, длины волн ее излучения смещаются в короткую, голубую сторону.

Астрономы используют этот эффект, чтобы измерить изменения скорости звезды, вызванные присутствием экзопланеты, для чего нужна необыкновенная точность. Приемник HARPS способен регистрировать изменения скорости звезды в 3.5 км/ч, что примерно соответствует скорости человека при ходьбе. Такой способ «ловли» экзопланет называется методом лучевых скоростей. Этот метод впервые использован для регистрации «сверхземли» на столь далекой от материнской звезды орбите.

“Мы использовали наблюдения, выполненные с семью различными инструментами на протяжении 20 лет, получив таким образом один из самых протяженных и больших массивов данных, когда-либо использовавшихся для точных измерений лучевых скоростей”, — говорит Рибас. ”В результате объединения всех данных мы получили массив из 771 измерения — огромное количество информации!”

“Мы все очень много работали для того, чтобы добиться этого результата”, — резюмирует Англада-Эскуде. “Наше открытие стало возможно благодаря широкому сотрудничеству в рамках проекта «Красные точки», в котором участвовали исследовательские группы всего мира. И до сих пор в различных обсерваториях мира продолжаются наблюдения, идет сбор новых данных для подтверждения и уточнения наших выводов”.

Примечания

[1] Ближе к Солнцу, чем звезда Барнарда, только тройная звезда альфа Центавра. В 2016 году на телескопах ESO и других инструментах астрономы получили ясные доказательства существования планеты у ближайшей к Земле звезды Проксимы Центавра. Эта планета, находящаяся чуть больше, чем в четырех световых годах от Земли, была открыта группой Гиллема Англада Эскуде.

[2] Общая скорость звезды Барнарда относительно Солнца примерно 500 000 км/ч. Но, хоть эта скорость и огромна, есть и еще более быстрые звезды. Заметным делает движение звезды быстрота ее видимого с Земли смещения по небу среди других звезд – так называемого видимого движения. Звезда Барнарда проходит по небу расстояние, равное видимому диаметру лунного диска, за 180 лет — хоть это, как будто, и не очень впечатляет, все же это намного быстрее видимого движения любой другой звезды.

[3] В исследованиях были задействованы следующие инструменты: HARPS на 3.6-м телескопе ESO; UVES на VLT ESO; HARPS-N на Национальном телескопе Галилея; HIRES на 10-метровом телескопе Кека; PFS на 6.5-м телескопе Магеллана института Карнеги; APF на 2.4-м телескопе Ликской обсерватории; CARMENES в обсерватории Калар Альто. Дополнительные наблюдения были выполнены на 90-см телескопе обсерватории Сьера Невада, 40-см робот-телескопе обсерватории SPACEOBS и на 80-см телескопе Хуана Оро астрономической обсерватории Монтсек (OAdM).

[4] История открытия во всех подробностях будет рассказана на этой неделе в ESOBlog (https://www.eso.org/public/blog/).

Источник: www.eso.org