С помощью гравитационного микролинзирования открыты аналоги Юпитера и Сатурна

Система OGLE-2006-BLG-109 в представлении художника. Вокруг звезды OGLE-2006-BLG-109L вращаются две планеты — «как-бы-Юпитер» OGLE-2006-BLG-109Lb и «как-бы-Сатурн» OGLE-2006-BLG-109Lс. Вопросительным знаком обозначена надежда астрономов на то, что ближе к звезде есть и «как-бы-Земля». Изображение с сайта www.astronomy.ohio-state.edu

Поиски внесолнечных планет указывают на удивительное разнообразие планетных систем, однако до сих пор неизвестно, как часто встречаются системы, похожие на Солнечную. Международная команда астрономов сообщила об обнаружении планет у звезды, находящейся на расстоянии 1,5 килопарсек (почти 5000 световых лет) от Солнца. Примечательность этого открытия в том, что найденная система очень похожа на нашу собственную, только уменьшенную в два раза. Вокруг центрального светила с массой около половины массы Солнца обращаются две планеты-гиганта: на расстоянии 2,3 а. е. (астрономических единицы) находится «как-бы-Юпитер» с массой ≈0,7 от массы нашего Юпитера (от настоящего Юпитера до Солнца в среднем 5,2 а. е.), а на расстоянии 4,6 а. е. — «как-бы-Сатурн» с массой ≈0,25 от нашего (от Сатурна до Солнца в среднем 9,5 а. е.).

К настоящему моменту за пределами Солнечной системы астрономы обнаружили уже более 250 планет. В 25 системах найдено даже по несколько планет. Однако в этой довольно-таки представительной выборке нет ни одной системы, похожей на нашу — главным образом потому, что все классические методы поиска внесолнечных планет (астрометрический — по влиянию планет на траекторию центральной звезды; спектроскопический — по доплеровскому смещению линий в спектре; метод транзитов — по изменению блеска звезды при прохождении крупной планеты по диску светила) чувствительны лишь к гигантским планетам, расположенным очень близко к центральной звезде.

Открытие, о котором идет речь, было сделано с помощью метода гравитационного микролинзирования. Этот метод применяется сравнительно недавно, и суть его в следующем: если звезда окажется на одном луче зрения с некоей далекой звездой, то видимый блеск последней увеличится за счет эффекта гравитационного линзирования (о гравитационном линзировании см. также лекцию Артема Тунцова Кривые зеркала Вселенной). При этом если у ближней звезды есть планета, то на кривой блеска появятся дополнительные детали (пики), анализируя которые можно делать выводы о параметрах свеженайденной планетной системы. Этот метод имеет ряд преимуществ перед перечисленными выше классическими методами поиска внесолнечных планет. Во-первых, так можно искать не только огромные газовые гиганты, но и планеты размером с Землю или Марс. Во-вторых, с помощью гравитационного микролинзирования лучше всего «видны» планеты в диапазоне расстояний [1–5](M/0,3M_Sun)^0,5 а. е. от своей звезды (M — масса звезды, M_Sun — масса Солнца), то есть именно там, где расположены планеты-гиганты у нашего Солнца. В-третьих, нет необходимости вести наблюдения в течение всего периода обращения планеты вокруг звезды — единичное событие микролинзирования вполне может дать всю необходимую информацию. Существенный же недостаток этого метода в том, что повторить наблюдения не удастся: следующего события микролинзирования придется ждать очень долго.

Рис. 1. Изменение блеска объекта OGLE-2006-BLG-109 со временем (в сутках от условного момента; HJD — Heliocentric Julian Day): числу 3820 на графике соответствует 26.03.2006 12:00 UT, числу 3830 — 05.04.2006. Цветом показаны данные, полученные разными обсерваториями. Изображение из обсуждаемой статьи

Итак, 28 марта 2006 года система раннего обнаружения OGLE (The Optical Gravitational Lensing Experiment) сообщила о нестандартном событии микролинзирования, получившем имя OGLE-2006-BLG-109. Внимание астрономов привлек небольшой пик на кривой блеска (рис. 1, участок 1). Подобное поведение кривой можно объяснить влиянием планеты, которая на короткий промежуток времени создает два изображения звезды-источника.

Рис. 2. Пики на участках 1–5 (рис. 1) крупным планом. Изображение из обсуждаемой статьи

Тут же к наблюдениям подключились системы MicroFUN (Microlensing Follow-Up Network), MOA (Microlensing Observations in Astrophysics), PLANET (Probing Lensing Anomalies NETwork) и RoboNet, которые 5 апреля наблюдали основной пик (рис. 1, участок 3) — здесь в дело вступила звезда-линза, также создав пару изображений звезды-источника, только существенно более ярких, и заранее предсказанный финальный пик (рис. 1, участок 5). Небольшое искажение на «плече» главного пика (рис. 1, участок 2) также легко объясняется влиянием планеты.

Однако спустя сутки после максимума блеск звезды вновь резко увеличился (рис. 1, участок 4), что стало полной неожиданностью для астрономов. Ученые разделились на две подгруппы, каждая из которых искала подходящую модель, способную описать столь необычное поведение кривой блеска. Независимо друг от друга они пришли к выводу, что планет на самом деле две — внешняя, породившая события 1, 2 и 5 и внутренняя, породившая событие 4, причем внутренняя превосходит по массе внешнюю приблизительно в 3 раза. Открытые планеты получили обозначения OGLE-2006-BLG-109Lb (более массивная внутренняя) и OGLE-2006-BLG-109Lс (внешняя планета).

В дальнейшем анализе ученым очень помог тот факт, что событие микролинзирования продолжалось довольно долго — почти две недели. За столь значительный срок движение Земли вокруг Солнца оставило на кривой блеска небольшие искажения. Благодаря этому оказалось возможным перевести угловые оценки в абсолютные: расстояние до системы 1,49 ± 0,13 килопарсек, масса центральной звезды 0,50 ± 0,05 масс Солнца, внутренняя планета имеет массу 0,71 ± 0,08 массы Юпитера и обращается на расстоянии 2,3 ± 0,2 а. е. от звезды, внешняя имеет массу 0,27 ± 0,03 массы Юпитера и находится на расстоянии 4,6 ± 0,5 а. е. Уместно напомнить, что Юпитер и Сатурн обращаются на расстоянии 5,2 и 9,5 а. е. от Солнца, а масса Сатурна составляет 0,3 от массы Юпитера. Отношение расстояний и масс оказывается удивительнейшим образом схожим с тем, что мы имеем у нас «под боком»!

Рис. 3. Таблица известных на сегодняшний день мультипланетных систем. Среднее расстояние планет от звезды дано в астрономических единицах. Нижний ряд — наша Солнечная система (показаны только газовые гиганты), второй снизу ряд — система OGLE-2006-BLG-109. Изображение с сайта www.astronomy.ohio-state.edu

По мнению авторов статьи, это означает, что системы, похожие на Солнечную, встречаются весьма часто, и это, пожалуй, самое спорное утверждение в статье. На данный момент методом гравитационного линзирования найдено всего лишь шесть планет. С одной стороны, тот факт, что планетная система, похожая на нашу, нашлась так быстро, внушает надежду на то, что такие системы не редкость, с другой же стороны, это пока что единичное событие и не исключено, что авторам просто повезло. Так или иначе, прецедент создан, и это внушает надежду, что рано или поздно мы найдем планету, похожую на Землю.

Источник: B. S. Gaudi, D. P. Bennett, A. Udalski et al. Discovery of a Jupiter/Saturn Analog with Gravitational Microlensing // astro-ph, 14 Feb 2008; arXiv:0802.1920v1 и Science, 15 February 2008; v. 319, p. 927–930.

Даниил Смирнов