Грязные белые карлики и другие истории экзопланет
Привет, Кирилл Масленников, пулковский астроном, ведущий научно-популярного канала!
Курите! Вы знаете, что я всегда стараюсь принести вам самые новые, самые свежие астрономические новости. Но иногда их количество просто вызывает удивление. В последнее время произошло несколько сногсшибательных новостей в мире экзопланет. Поэтому сегодняшнее мое выступление можно условно назвать так: «Серия удивительных историй из жизни экзопланет».
Казалось бы, здесь все более-менее понятно. Мы наблюдаем тысячу планетных систем, сотни протопланетных дисков, в которых формируются планеты. Все, казалось бы, идет своим чередом. Нобелевская премия получена, и последние месяцы принесли несколько вещей, о которых мне рассказали. Вот кто-то сказал, рассказала бы из коллег, я в первую очередь не поверил.
Начнем с того, что ползет вся теория образования планет. После нескольких последних открытий экзопланет в очень молодых системах и соответствующих моделей, которые были к этому делу приспособлены, оказывается, что резко меняется масштаб времени образования планет. То, что, как мы раньше считали, происходит в течение сотен миллионов лет, сейчас выясняется. Экзопланеты могут образовываться за миллион лет, а то и меньше, чем за миллион.
Вторая история. Система K2-30 (или K2-30 167) – маленькой звездочке, 2-й величины. Глазом ее не видно в созвездии Рыб, примерно в 50 световых годах от Земли. У неё заурядная, казалось бы, планетная система: два мини-нептуна и одна суперглазная. Мини-нептун один имеет период обращения 8,5 дней, другой – почти месяц. То есть там год продолжается около земного месяца. Суперземля вообще совсем рядом со своей звездочкой, у неё год длится всего 4 земных суток. Но ничего особо удивительного в этом нет. Есть ещё более короткие периоды.
А удивительным оказалось то, что эти мини-нептуны обращаются вокруг своей звезды не так, как полагается, в экваториальной плоскости своей планетной системы. Они обращаются вокруг своей звезды вокруг полюсов. Как это может происходить – совершенно непонятно! Вы знаете, что солнечная система образована так, что все планеты находятся в одной плоскости, и огромное большинство планетных систем, которые мы наблюдаем, точно такие же. Это понятная система – образуется из протопланетного диска.
Диск плоский, все планеты лежат в этом диске. Куда им деваться? Вот, пожалуйста, мы наблюдаем две эти планеты, которые обращаются вокруг звезды перпендикулярно, вокруг полюсов. Как это может происходить? Я не знаю. Интересно еще, как это открыли. Могу вам рассказать о таком замечательном, очень физически интересном эффекте – эффекте Росситера-Мклафлина.
Представьте себе, вы наблюдаете транзит планеты вокруг звезды. Планета затмевает звезду, она проходит по диску звезды. Ведь звезда вращается. То половинка диска звезды, которая движется к вам, испытывает голубое смещение, а половинка звезды, которая уходит от нас, – красное смещение. Когда планета затмевает свою звезду, очень незначительно, конечно, но это вполне регистрируется нашими спектрографами. Когда она затмевает ту половинку, которая приближается к нам, часть голубых линий, часть голубых лучей загораживается. И мы наблюдаем избыток красного смещения.
Когда планета проходит в красную область, ровно наоборот: часть красных линий закрывается, и мы наблюдаем избыток голубого смещения. И, как следствие, планета как бы колеблется. То приближается к нам, когда наблюдаем избыток красных линий, то удаляется от нас, если избыток красного. На самом деле мы знаем, что реально никакого такого движения не происходит. А просто происходит последовательное затмение двух половинок планеты. Вот это и называется эффектом Росситера-Мклафлина.
Теперь понятно, что если планета это пересечение диска звезды делает не в реальной плоскости, а, допустим, в косой, то у нас будет происходить асимметричность сдвига линий. Это можно измерить, конечно, для этого требуется огромная точность измерений, но она уже обеспечивается нашими наземными спектрографами. И вот на основании такого измерения, такого эффекта и было установлено, что эти два мининептуна, которые, конечно, отдельно не наблюдаются (мы не можем их на таком расстоянии увидеть), вращаются в плоскости, перпендикулярной экватору их материнской звезды.
Единственная причина, которая могла бы вызвать такой эффект, это какое-то возмущающие тело, может, какая-то звезда пронеслась мимо, или есть какое-то четвертое тело в этой системе, которая приводит к таким гравитационным аномалиям. Но в том-то и дело, что никаких кандидатов, никаких претендентов не обнаружено. Как это произошло и почему эти планеты обращаются в перпендикулярной плоскости, пока что абсолютно неясно.
Вот еще одна загадочная история. Следующая история: открыли первую планету в другой галактике! Это просто какая-то съеханная крыша, потому что мы в других галактиках, или звезды можем смычком счет сравнительно недавно. Вольтер Бада разрешила звезды центральной части туманности Андромеды, и это было удивительное открытие о том, чтобы наблюдать планеты в других галактиках, просто речи путников.
Самые далекие планеты, которые наблюдаем сейчас методами транзитов и медианных лучевых скоростей, находятся не больше чем на расстоянии, может быть, пары тысяч световых лет. А здесь у нас 30 миллионов световых лет! Удивительно, как это может быть. Оказывается, планета это видимо находится в тесной двойной системе, где есть сверхплотный массивный объект – не черная дыра, а звезда и черная дыра, аккреционный диск вокруг нее. На этом диске горячие пятна, очень горячие, которые излучают в рентгеновском диапазоне.
Это рентгеновское излучение принимает рентгеновский телескоп Чандра, который, как вы знаете, летает вокруг Земли в космосе. Размер этого излучающего рентгеновского пятна уже достаточно мал, чтобы планета могла, проходя случайно, между ним и нашим зрением, полностью его загородить. То есть рентгеновский поток, который регистрирует спутник Чандра, просто гаснет, когда выключается ровно на такое время, на какое, по расчетам, необходимо планете, чтобы совершить этот проход между нашим телескопом и источником рентгеновского излучения.
Удивительное событие! Удивительно то, что удалось найти такой необходимый источник, что планета оказалась ровно на этом вычислении. Но надо сказать, что оказывается, это не случайно. Это была целая программа, которая была сделана в Стэнфордском университете. Авторы программы как раз рассчитывали найти такую звезду. Они измерили несколько сотен рентгеновских источников. Тот, который мы нашли, находится в известной галактике М51, иначе имеющей название «Водоворот» – очень красивая галактика, которую мы наблюдаем плашмя на расстоянии около 28 миллионов световых лет.
И вот там обнаружился такой объект. Но перед тем как на него наткнуться, они наблюдали несколько десятков объектов в этой галактике, несколько десятков эффектов в галактике там. Вот оно, перед вами! Тоже очень красивая галактика! Ещё несколько десятков в трёх галактиках: галактики Вертено. И только один из этих примерно двух сотен объектов оказался вдруг успешным. Мы можем легко проверить, что эта планета, она должна, если действительно она вращается вокруг этого источника по своей орбите, должна закрыть его через определенный промежуток времени.
Вот только одна неприятность: по расчетам эта орбита получается так, что следующее затмение должно произойти, дай бог, через 70 лет. Вот, представьте себе, мы теперь должны ждать 70 лет, пока эта планета совершит оборот вокруг своей двойной системы и опять закроет рентгеновский источник. Даже произойдет не через минуту, а через 70 лет.
Нам надо начинать наблюдать где-то лет через 68, годика два, три, четыре непрерывно отслеживать этот объект в расчете на то, что среди этих двух-трех-четырех лет найдется 3-4 часа, во время которых снова рентгеновский источник погаснет. Так что вы понимаете, что вряд ли, наверное, так повезет, что через 70 лет мы снова будем наблюдать в этой системе такое затмение. А только одно может доказать, что эта планета – это не что-нибудь другое.
И это еще не все! Вот самая последняя история. Среди известного семейства белых карликов. Вы знаете, что это умирающие звезды, которые прошли свой путь звездной эволюции, которые сбросили свои внешние оболочки. Там перестала идти термоядерная реакция внутри звезды, они просто остывают, очень медленно остывают миллиарды лет, отрабатывая ту тепловую энергию, которая в них накопилась.
Так вот, вокруг таких белых карликов, конечно, были планетные системы. В тех семействах белых карликов, где их бывшие планеты кончили свой путь тем, что упали на свою материнскую звезду, в таких белых карликах наблюдаются сильные линии вот этих вот металлов, из которых состояли их планеты. Вот такие белые карлики называются грязные белые карлики (dirty white dwarfs). В них очень много линий вот таких вот минералов.
И вот последняя работа – это исследование большого семейства, довольно большого семейства, нескольких десятков грязных белых карликов. По линиям которых можно восстановить минеральный состав их бывших, уже погибших, разрушившихся планетных систем. Здесь удивительно то, что этот минеральный состав оказался абсолютно не похож на минеральный состав, известный нам в солнечной системе. Там совершенно другие пропорции вот этих основных веществ. Собственно, что это такое? Это кремний, это кальций, это магний, это железо. Вот эти вот вещества, которые составляют часть коры и ядро расплавленного. Вот эти вот элементы в атмосферах грязных белых карликов находятся в совершенно невероятно чудовищных, каких-то непривычных нам пропорциях.
Дело дошло до того, что авторы работы вынуждены были придумать новое название для минералов, которые образовали вот эти вещества. Например, такие названия, как кварцевые пили, xenith или пирокластические дунет. Ничего подобного у нас в системе нет. А вот грязные белые карлики когда-то имели свиты планет, которые состояли из таких удивительных минералов. Рассказать это не просто такое абстрактное знание. Дело в том, что свойства этих минералов должны быть довольно отличающимися от земных. В частности, там должна быть другая растворимость, другая температура плавления, другая твердость и плотность.
А это всё, конечно, оказывало серьезное воздействие на внешние условия на всех таких планетах и, в конечном счете, могло определить развитие океанов, развитие литосферы и внешних оболочек этих планет. И, как знать, могло по-разному повлиять на происхождение жизни, история которого нам пока что по-прежнему непонятна.
Вот такой букет, я бы сказал, удивительных историй, который буквально за месяц возрос на поле исследований экзопланет. И теперь, поневоле, ждешь, что следующий месяц принесет, что еще случится до нового года, что случится в следующем году. Не волнуйтесь, обо всём этом будем вам рассказывать еще много удивительного! Наверняка знаем, счастливо! Подписывайтесь, не теряйте нас. Изведано! До свидания. [музыка]