Нобелевка за экзопланеты: к чему привели поиски нового дома для землян

Нобелевскую премию по физике в этом году с канадцем Джимом Пиблсом из Принстонского университета (США), теоретически описавшим эволюцию Вселенной и тёмную материю, разделили астрономы из Женевы Мишель Майор и Дидье Кило — родоначальники изучения экзопланет. В чём суть их открытия, РИА Новости рассказал Валерий Шематович, заведующий отделом исследований Солнечной системы Института астрономии РАН.

Ученые находят «невозможный Юпитер»

«В 1995 году Мишель Майор (Michel Mayor) и Дидье Кило (Didier Queloz) опубликовали статью о планете, которая вращается вокруг звезды 51 в созвездии Пегаса. Планету они вычислили по её влиянию на движение родительской звезды. Эту звёздную систему Майор и Кило изучали около двух лет с помощью очень совершенного спектрометра. Их смущало, что планета была очень большой, похожей на наш Юпитер, но находилась слишком близко к звезде. Это не вписывалось ни в одну модель формирования планетных систем», — говорит Валерий Шематович.

Естествоиспытатели и астрономы всегда предполагали, что у других звёзд есть планеты, но подтвердить это наблюдениями не могли. Изучать даже ближайшие звёздные системы, в нескольких световых годах от нас, очень сложно, а разглядеть планеты просто нереально: они слишком тусклые и маленькие на фоне звезды.

До Майора и Кило астрономы обнаружили только два тела, похожие на Землю, — у радиопульсара, бешено вращающейся нейтронной звезды, выплёскивающей огромную энергию. Любое тело рядом стерилизовано и заведомо необитаемо. Сейчас мы знаем, что планеты вокруг пульсаров редки. А есть ли что-то подобное в звёздных системах, похожих на Солнечную?

Прорыв стал возможен благодаря прогрессу в методах, позволяющих проанализировать движение звезды и воздействие на неё сторонних объектов, в том числе планет. Этим занимались несколько групп в мире, но удача улыбнулась профессору Майору из Университета Женевы и на тот момент его аспиранту Кило.

Они разработали для телескопа в обсерватории Верхнего Прованса (Франция) эшеллевский спектрограф ELODIE, измеряющий изменение спектра излучения звезды. Если она удаляется от нас, спектр идёт в красную область, если приближается — в синюю. Это хорошо известный эффект Доплера. Точность инструмента была огромной — можно заметить колебания до 13 метров в секунду по мере того, как звезда вращается вокруг общего с планетами центра масса. Таковы отклонения скорости Солнца из-за влияния Юпитера.

Учёные наблюдали за 142 солнцеподобными звёздами и заметили необычно большое изменение лучевой скорости движения 51 Пегаса. От нас до этой звезды пятьдесят световых лет. Расчёты указывали на то, что такой эффект производит небесное тело, похожее на Юпитер. Только, в отличие от Юпитера, необычная планета в сто раз ближе к родительской звезде — в пяти сотых астрономической единицы.

«Они проверяли и перепроверяли полученные данные. Но всё-таки отважились их опубликовать. Естественно, в научном мире этот результат сначала восприняли скептически, искали ошибки, другие объяснения (например, влияние второй звезды). Многие научные группы стали наблюдать эту звёздную систему и в итоге признали данные верными», — продолжает учёный.

Открытая Майором и Кило планета, 51 Пегаса b, в два раза легче Юпитера, температура на её поверхности в десять раз выше — 1300 градусов Кельвина. По современной классификации её относят к «горячим юпитерам». Благодаря близости к звезде год на этой планете длится лишь чуть более четырёх суток. Теоретики переделали свои модели и теперь предполагают, что планета-гигант могла, родившись далеко от звезды, мигрировать ближе.

«Огромный вклад астрономов Мишеля Майора и Дидье Кило состоит в том, что они впервые подтвердили наблюдениями существование экзопланеты в солнцеподобных звёздных системах. Они поставили очень изящный эксперимент, использовали точный инструмент, провели детальный анализ данных. И главное — проявили большую смелость, опубликовав результат, противоречивший моделям того времени. Это действительно выдающаяся работа», — подчёркивает Шематович.

Парад экзопланет

Последовали единичные открытия в похожих звёздных системах, и постепенно сложилась новая область исследований — поиск и изучение экзопланет. Приставка «экзо-» указывает на то, что они находятся за пределами Солнечной системы. Сейчас их известно порядка пяти тысяч, у многих звёзд есть большие планетные системы. Например, в звёздной системе Kepler-90 — восемь планет. Последнюю обнаружили в декабре 2017 года. Планеты-гиганты, «горячие юпитеры», «горячие сатурны» и «суперземли» вблизи звёзд совсем не редкость. Напротив, скорее Солнечная система — исключение из правил.

Оказалось, что планеты, похожие на Землю, обычны в нашей Галактике и часто расположены в зоне обитаемости — так называют орбиты, допускающие возможность существования жидкой воды на поверхности небесного тела. Её признаком считают водяные пары в газовой оболочке. Кстати, они есть у 51 Пегаса b. Это открыло путь для поиска биомаркеров в атмосфере экзопланет.

В России данное направление развивают несколько научных коллективов, в том числе в Пулковской обсерватории, участники сети роботов-телескопов МАСТЕР ГАИШ МГУ. В Специальной астрофизической обсерватории РАН на Кавказе строят спектрограф высокого разрешения для Большого азимутального телескопа.

Российские учёные разрабатывают проект космического аппарата «Спектр-УФ» — вслед за «Спектром-Р» и недавно запущенным «Спектром-РГ» — для поиска экзопланет и исследования их атмосфер. Он будет готов в 2024 году.

Институт астрономии РАН под руководством директора Дмитрия Бисикало занимается теоретической интерпретацией результатов, полученных наблюдателями со всего мира: созданием моделей газовых оболочек и атмосфер на экзопланетах. Эти же задачи решают в Институте космических исследований РАН, Институте лазерной физики (Новосибирск) и Институте математического моделирования (Красноярск).

С того непростого шага, на который решились Майор и Кило, прошло чуть больше четверти века. Учёные по всему миру, вдохновившись их примером, добились финансирования поиска экзопланет, постройки более точных инструментов. Сейчас это направление находится на пике популярности. Экзопланеты ищут с помощью больших и маленьких телескопов, профессионалы и любители. Кроме измерения лучевых скоростей родительских звёзд, разработано ещё четыре способа: транзитный, когда фиксируют момент прохождения планеты по диску звезды и измеряют падение светимости, методы тайминга и гравитационного линзирования. Сорок четыре экзопланеты удалось открыть прямым наблюдением.

Исключительно результативно завершилась миссия «охотника за экзопланетами» — космического аппарата «Кеплер»: он один открыл порядка пяти тысяч кандидатов на этот статус. На орбиту уже выведен его последователь — телескоп TESS, планомерно сканирующий полушария в поисках планетных систем в самых отдалённых уголках Млечного Пути.

Источник: m.vk.com