Молекулы помогут астрономам обнаружить планеты-невидимки

Художественное изображение экзопланеты бета Живописца b, на которой авторы опробовали свой метод.
Иллюстрация ESO L. Calcada/N. Risinger.

Астрономы во главе с Енсом Хуэймакерсом (Jens Hoeijmakers) из Женевского университета придумали новый способ поиска экзопланет. Авторы предлагают искать в спектре звезды следы молекул, которых на самом светиле заведомо быть не может, потому что оно слишком горячее. Подробности метода и результаты первых тестов описаны в научной статье, опубликованной в журнале Astronomy & Astrophysics.

Как известно, планеты не испускают собственного света. Они "светятся" отражённым излучением своих звёзд. При этом расстояние между экзопланетой и материнским светилом очень мало по сравнению с дистанцией до Земли. Поэтому в телескоп, как правило, невозможно различить их как два отдельных объекта. Лишь для очень немногих миров, чрезвычайно далёких от родительских звёзд, удалось получить такие изображения.

Как правило, планеты обнаруживают другими способами. Самые плодотворные из них – это метод транзитов и метод лучевых скоростей. Для каждого из остальных алгоритмов поиска, которых довольно много, найденные миры можно буквально пересчитать по пальцам.

Если астрономам уже известно, что у звезды есть планета, они могут сказать кое-что о химическом составе последней (поясним, что в данном случае частью планеты считается и её атмосфера, если таковая есть). Дело в том, что спектр отражённого небесным телом света несёт в себе "отпечаток" молекул и атомов, из которых оно состоит. Поэтому, хотя для телескопа свет звезды и свет планеты сливаются в один поток, из него можно выудить "химический след" планеты.

Хуэймакерс и его коллеги сделали следующий логичный шаг: если мы умеем различать следы "планетарных" веществ в спектре светил, почему бы не использовать их для поиска экзопланет?

Здесь, разумеется, можно задать вопрос: как узнать, что наблюдаемый "химический отпечаток" оставлен именно планетой, а не самой звездой? Авторы дают на него простой ответ: нужно искать молекулы, которые не могут существовать на звёздах по той причине, что звёзды горячие.

Например, такими веществами могут быть аммиак (NH3) и метан (CH4). Простые по структуре и собранные из распространённых химических элементов, эти молекулы должны входить в состав планет. В то же время звёздной температуры они не выдерживают. Так же часто должны встречаться угарный газ и вода, но молекулы этих веществ очень прочны, и, например, в атмосфере Солнца они есть. Их можно использовать для поиска экзопланет только у самых жарких светил.

Чтобы опробовать метод, астрономы использовали архивные изображения звезды бета Живописца, полученные с помощью инфракрасного спектрографа SINFONI. Известно, что вокруг неё обращается огромная планета бета Живописца b. Авторы искали следы этого объекта на длинах волн, соответствующих различным веществам.

Выяснилось, что экзопланета прекрасно видна в линиях H2O и CO. Дело в том, что бета Живописца как раз настолько горяча, что даже эти прочные молекулы не выживают на её поверхности. Они могут существовать только на планете, но не на самой звезде.

"Сосредоточив внимание на молекулах, присутствующих только на изученной экзопланете и отсутствующих на её родительской звезде, наша техника эффективно "стёрла" звезду, оставив только экзопланету", – объясняет Хуэймакерс в пресс-релизе исследования.

Что любопытно, в линиях метана и аммиака никакого следа искомого объекта обнаружить не удалось. Хотя, исходя из сегодняшних знаний о строении планет, можно было бы ожидать наличия этих газов. Из этого исследователи делают вывод, что не только на звезде, но и на планете слишком жарко для этих веществ, и они распадаются. И действительно, по результатам независимых наблюдений температура поверхности беты Живописца b доходит до 1700 градусов по Цельсию.

"Вот почему этот метод позволяет нам не только обнаруживать [химические] элементы на поверхности планеты, но и определять температуру, которая царит там", – говорит Хуэймакерс.

В дальнейших планах астрономов применить новую методику к данным ещё нескольких инструментов, чтобы накопить статистику.

"Этот метод находится только в зачаточном состоянии, – признаётся Хуэймакерс. – [Но] он должен изменить то, как изучаются планеты и их атмосферы. Мы очень рады будем увидеть, что он даст на ещё не вступивших в строй спектрографах, таких как ERIS на "Очень большом телескопе" в Чили или HARMONI на "Чрезвычайно большом телескопе", который заработает в 2025 году, также в Чили", – заключает Хуэймакерс.

Напомним, что "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) писали и о других экзотических способах открытия планет. Например, мы говорили о том, как гравитация помогла открыть новые миры в другой галактике. Не обошли мы вниманием и спектры экзопланет, рассказав, следы каких веществ могут говорить о наличии жизни.

Сегодня