← All posts tagged Экзопланеты

How Are Extrasolar Planets Detected? markelowitz.com Красивые картинки, иллюстрирующие видимость внутренних планет солнечной системы с расстояния 10 парсек. На КДПВ, как я понимаю, вполне реалистичный пример изображения в ИК (6-17 микрон), с учетом теплового излучения зодиакальной пыли, конечно, с вычтенным излучением Солнца.

По ссылке картинкой ниже идет уже фантастика — портрет Земли на расстоянии 10 св. лет, полученный за 30 минут гипотетическим гипертелескопом из 150 отдельных 3-м зеркал на площади более 100 км. Этак можно дофантазироваться до дистанционного зондирования тел вне Солнечной системы с последующим помещением подробных карт в Google Earth =)

Несколько дней назад НАСА выбрала миссии, планирующиеся к запуску в 2017 году в рамках программы Explorer nasa.gov Это Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) and Neutron Star Interior Composition Explorer (NICER). Красочная презентация по TESS доступна, хотя и мая 2008 года: exep.jpl.nasa.gov Если ничего не изменится, это будет КА с 6 телескопчиками (скорее, фотокамерами) на борту, каждый диаметром 12.7 см и полем 18 на 18 градусов. Вместе, они смогут единомоментно обозревать 1944 квадратных градуса, а за одну орбиту (96 минут) — примерно 6000 кв. градусов. За два года, на которые рассчитана миссия, таким образом, удастся покрыть небесную сферу огромное количество раз.
ПЗС-детекторы, работающие в красном диапазоне (600-1000 нм), позволят эффективно проводить прецизионную фотометрию (с точностью 190 микромагнитуд) относительно ярких (V=4.5-13) звезд спектральных классов от F до M.
В общем, красиво. Только реальный проект совсем не обязательно будет именно таким: на картинках с сайта MIT камер и 4, и 6: web.mit.edu web.mit.edu
Кстати о космосе. 9 октября этого года мимо Земли пролетит Юнона en.wikipedia.org — первый КА, питание которого будет осуществляться солнечными батареями на значительном отдалении от Солнца. Совершив около Земли гравитационный маневр, Юнона отправится к Юпитеру и достигнет его в июле-августе 2016-го. Новых красочных снимков из юпитерианского мира мы почти не увидим: камера JunoCam будет работать всего 7 витков, после чего она, скорее всего, будет необратимо повреждена. Да и вообще Юнона — не для съемки семьи Юпитера.

Ну вот и "дожали" систему Альфы Центавра: на радость писателям-фантастам в ней нашли планету eso.org Правда, радость сильно омрачается крайней агресивностью условий, в которых эта планета находится. Проще говоря, жизни там и близко не стояло. татья, как полагается для таких громких открытий, будет опубликована в престижнейшем журнале Мурзилка (зачеркнуто) Nature.

Японской командой исследован кандидат в планеты у звезды o UMa с массой более 3.1 массы Солнца: arxiv.org Исследования 7 проэволюционировавших звезд промежуточных масс заметно пополняют статистику исследованных и подтвержденных экзопланет, которых скоро станет 780: exoplanet.eu Новый дизайн сайта, кстати, ничего, но жаль старых, теперь недоступных материалов. В тему, хорошая статья по статистике планетных систем: arxiv.org Интересны разделы, посвященные планетам около звезд-членов скоплений и "планетах в свободном полете". В настоящее время в шаровых скоплениях экзопланет не найдено, зато есть 4 кандидата в рассеянных скоплениях, в том числе один — в ближайшем скоплении — в Гиадах (до него 47 пк). Около 13 кандидатов в свободно плавающие планеты найдено в скоплении трапеции Ориона, 3 кандидата найдены в рассеянном скоплении σ Ориона и множество заподозрено методом гравитационного микролинзирования: arxiv.org

В книге "Экзопланеты", главу из которой можно прочитать arxiv.org доступно показана наука, которую можно извлечь из наблюдений транзита планеты по диску звезды. В PhD тезисах arxiv.org детально обсуждается вопрос обнаружения планет у активных звезд. В частности, рассматривается обнаружение у Солнца сверхземли: смоделировано ее прохождение по диску Солнца (см. #1888313) при разнице диаметров в 109.2 раза и разнице площадей в 11920 раз (сравните с Венерой — #1886894): picasaweb.google.com Максимальное изменение потока, как видно на картинке — меньше половины процента. Будет ли это заметно среди "звездного шума"? Вообще, у Солнца за 11-летний цикл заметно меняется интенсивность излучения. Пока нет достаточно длинных и непрерывных заатмосферных фотометрических крывых звезд. Один из самых длинных рядов был получен миссией CoRoT на площадке LRa01 — это 150 дней.

На сегодняшний день открыто 234 экзопланеты в 198 планетных системах транзитным методом, то есть когда мы наблюдаем прохождение планеты по диску звезды exoplanet.eu У нас есть замечательная возможность увидеть, как в реальном времени происходит прохождение планеты по диску Солнца. Совсем скоро, 6 июня 2012 года (почти через 3 недели!) произойдет редкое астрономическое событие — прохождение Венеры по солнечному диску ru.wikipedia.org Длится такое прохождение около 6 часов. В Москве оно будет наблюдаться на рассвете; угловой диаметр Венеры меньше солнечного примерно в 30 раз, так что можно наблюдать это явление невооруженным глазом. Желательно, конечно, запастись кусочком засвеченной пленки или закопченым стеклом как нейтральным фильтром. Каждые 243 года повторяются 4 прохождения: два зимой (через 8 лет), затем долгий промежуток в 121.5 года и ещё два летом (снова с промежутком в 8 лет). Предыдущие зимние прохождения произошли в 1874 и 1882 годах, последнее прохождение было 8 июня 2004 года, а следующая пара затмений будет только в декабре 2117 и 2125-го ru.wikipedia.org Так что не пропустите! Это событие будет наблюдаться даже Космическим телескопом имени Хаббла: ria.ru

Методы астрометрии позволяют измерять не только положения звезд, но и определять их изменения, то есть параллаксы (см #1881382, это дает расстояния до близких звезд) и собственные движения en.wikipedia.org Собственное движение было обнаружено у ярких звезд (Сириус, Арктур, Альдебаран) Эдмундом Галлеем в 1718 году при сравнении наблюдаемых координат с таковыми в атласе Птолемея. Впервые параллакс был успешно измерен Фридрихом Бесселем в 1838 году у звезды 6-й величины 61 Лебедя en.wikipedia.org Джузеппе Пиацци в 1804 году у нее же определил собственное движение, Хотя опубликовано это было Бесселем в 1812 году. Следующим рекордсменом в скорости движения по небу стала звезда 6.5 величины en.wikipedia.org За ней последовательно были открыты звезда Каптейна en.wikipedia.org и звезда Барнарда en.wikipedia.org сформировав, таким образом, тройку лидеров. Звезда Барнарда успевает за 100 лет пройти по небу путь больший, чем половина видимого диаметра Луны! Для справки: Луна на небе видна под углом в половину градуса, ее можно закрыть большим пальцем вытянутой руки.
Все звезды на небе так или иначе должны перемещаться. Современные методы астрометрии и накопленные в ходе обзоров данные позволяют катологизировать звезды с заметным (более 0.15 mas в год) собственным движением, достигнув полноты (99% обнаружения в среднем, 90% для Галактической плоскости) для звезд с V<19 звездных величин: adsabs.harvard.edu Каталог по ссылке представлен звездами только северного неба (звезды Каптейна там нет), в нем содержится почти 62000 звезд. Интересно, что авторы показывают возможность неравномерного распределения звезд с большим собственным движением по небу.

В 2013 году запустят Космическую обсерваторию en.wikipedia.org с помощью которого астрономы получат бесценную информацию о параллаксах и собственных движениях миллиарда звезд. Кое-что мы знаем и сейчас, в основном, благодаря КА Hipparcos (отнаблюдал 120000 звезд со средней точностью 1 миллисекунда дуги, mas) и множеству наземных наблюдений, но пока только подбираемся к точностям определения положений звезд, позволяющих обнаруживать влияние маломассивного компаньона (планеты или бурого карлика) на движение звезды. Наилучшая точность измерений достигнута на Хаббле, это 0.5 mas. Это уже достаточно, чтобы оценить параметры системы из маломассивной звезды (0.3 массы Солнца) и планеты-гиганта (2 массы Юпитера): adsabs.harvard.edu К сожалению, Хаббл один, а задач для него много. Поэтому стараются достичь подобных точностей с наземными инструментами. Авторы adsabs.harvard.edu надеются достичь точности 0.4 mas за несколько лет на 2.5-метровом телескопе для M-карлика почти 17 величины в фильтре R. Это очень круто: настолько тусклые и красные звезды практически недоступны для спектроскопии, позволяющей измерить лучевые скорости, а в окрестности Солнца таких большинство. Из-за наблюдательных трудностей у них наблюдается статистически заметный дефицит планет с массами 0.3-10 масс Юпитера с периодами менее 2000 дней, которые должны быть, но еще не открыты. В статье приведена интересная оценка: Планета типа Юпитера на аналогичной Юпитеру орбите производит "шатание" (wobble) родительской звезды солнечной массы величиной 2 mas при наблюдении с расстояния 5 пк. При астрометрической точности измерений в 0.25 mas возможно обнаружение такой планеты при S/N=4. Хотя есть надежда, что в будущем методом лучевых скоростей можно будет исследовать M-карлики не только в оптике, но и в ближнем ИК; уже есть абсорбционные ячейки для этого: adsabs.harvard.edu arxiv.org

Вот список ближайших к нам звезд: en.wikipedia.org Такой список составляет и поддерживает концорциум по близким звездам en.wikipedia.org У них на страничке можно посмотреть визуализации chara.gsu.edu Конечно, большинство наших соседей — маломассивные красные карлики, так что видно их в основном в инфракрасном свете, а невооруженному глазу доступна лишь малая часть: en.wikipedia.org Близкие к нам звезды могут заметно смещаться на небе: en.wikipedia.org Самая известная "убегающая" звезда названа именем Барнарда. Но необязательно близкая звезда летит "по небу", она может лететь от нас или к нам, тогда ее передвижение будет астроментрически почти незаметно. По собственному движению звезды можно даже попробовать заметить влияние близкой и массивной планеты. По точности измерений мы вполне можем открывать планеты астрометрическим методом и, конечно, планеты давно ищут у ближайших звезд. Пока ни одного подтверждения "увиденной" таким образом планеты не появилось. Вот один из кандидатов на открытие: en.wikipedia.org Вообще, компаньонов проще всего искать не только у самых близких, но и у самых легких звезд. Вот их список: en.wikipedia.org Ну и до кучи, как дополнение #1844551 Подробная статья про то, как надо постараться, чтобы найти у Солнцеподобной звезды планеты типа Урана и Нептуна, причем на сравнимом отдалении: adsabs.harvard.edu

Нашел потрясающие, очень наглядные демонстрации астрономических явлений, от движения планет в геоцентрической системе Птолемея до симуляции кривых лучевых скоростей, получающихся вследствие движения планет вокруг звезды: astro.unl.edu Электромагнитный спектр: astro.unl.edu Калькулятор параллакса astro.unl.edu Влияние планет на центр масс Солнца: astro.unl.edu Кстати, почему влияние Нептуна больше, чем влияние Урана, я так и не понял. Зона обитания рядом со звездой: astro.unl.edu Там еще много, всего не перечислишь.

Прежде чем искать планеты у других звезд, надо, разумеется, обосновать возможность и целесообразность поиска имеющимися средствами. Хотя экзопланеты пытались открывать даже в 19 веке, удалось это сделать только в конце 80-х годов 20-го века (см. cdsads.u-strasbg.fr ). Оценку влияния планеты на родительскую звезду несложно сделать, оглядываясь на Солнечную систему. Кстати, именно из-за оглядки на Солнечную систему, искали планеты с относительно большими периодами обращения, хотя теперь мы знаем, что планеты типа Юпитера могут быть и очень близко от звезды. Мы можем заметить гравитационное влияние Юпитера на Солнце в виде изменения скорости Солнца вдоль луча зрения. Ну а прохождение Венеры по диску Солнца позволяет нам оценить изменение яркости нашего светила из-за такого затмения. Такие количественные оценки делались и у нас. В 1987 году была опубликована статья А.В. Тутукова "Планеты и звезды": adsabs.harvard.edu читать тут adsabs.harvard.edu Особенно интересна таблица 1: Влияние планеты с массой 1/1000 солнечной и радиусом 1/100 от радиуса Солнца на лучевую скорость, движение и яркость центральной звезды. До кучи, вот не столь научная статья Тутукова: pereplet.ru

Заканчивая тему зоопарка переменных звезд, наблюдаемых космическим телескопом Кеплер, надо упомянуть звезды с нерегулярным изменением блеска. В первую очередь, это вспыхивающие звезды, вот статья про них adsabs.harvard.edu Была даже зарегистрирована вспышка карликовой новой, катаклизмической переменной: arxiv.org Этот редкий зверь находился в семи угловых секундах от наблюдаемой звезды и во время мощной вспышки свет попал в ее апертуру. Это очень хорошо иллюстрирует тот факт, что если вы увидели у звезды переменность, похожую на прохождение планеты по диску родительской звезды, то вовсе не обязательно эта переменность связана с наблюдаемым объектом, это может быть близко расположенная звезда фона. Именно поэтому, хотя кандидатов в экзопланеты уже очень много, требуются дополнительные наблюдения, чтобы исключить влияние "внешних факторов" и перевести их в разряд действительных экзопланет. Под конец — красивые картинки кривых блеска из проекта "Охотников за планетами" planethunters.org, где каждый желающий может покопаться в данных, полученных Кеплером и, может быть, увидеть реальный транзит экзопланеты: planethunters.org Я уже собрал разнообразную коллекцию кривых блеска ;)

Область неба в 115 квадратных градусов между Вегой и Денебом становится одной из самых изученных — это поле зрения космического телескопа Кеплер en.wikipedia.org Этот инструмент, двигаясь по гелиоцентрической орбите, почти непрерывно следит за 156 тысячами звезд, за счет чего накоплена огромная информация о звездной переменности высочайшей точности. Сегодня по результатам наблюдений открыто 61 подтвержденная экзопланета, 2326 неподтверждённых пока кандидатов в экзопланеты и 2165 (1.4% от общего количества) затменных двойных (и затменно-тройных!) звезд en.wikipedia.org Хорошая статья по затменкам с описанием зоопарка этих систем и кривыми блеска: adsabs.harvard.edu В поле зрения Кеплера попала одна из известных переменных — RR Лиры. Ее кривую блеска можно посмотреть konkoly.hu и прочитать про исследования переменных типа RR Lyr konkoly.hu Наконец, почти все звезды имеют заметную переменность блеска и в этой статье arxiv.org обсуждается статистика: более 60% наблюдаемых звезд имеет переменность большую, чем у Солнца, при этом переменность заметнее при уменьшении эффективной температуры. Замечена разница характера переменности (периодов в том числе) от спектрального класса и даже галактической широты.

Еще в начале года видел препринт (или научпоп-новость?) о новых наблюдениях околозвездного осколочного диска возле Фомальгаута, но только сейчас прочитал исходную статью "Инфракрасное необнаружение Фомальгаута-b": cdsads.u-strasbg.fr Вот популярное (и не совсем точное) изложение сути статьи: mysciencestyle.blogspot.com Проблема с этой экзопланетой (если мы предполагаем, что это именно она) в том, что она не должна быть замечена в видимом диапазоне, а именно в нем космическим телескопом им. Хаббла было получено красочное изображение диска: xray.sai.msu.ru В статье приводятся результаты тщательной обработки наблюдений на космическом инфракрасном телескопе Спитцер. Из отсутствия на изображениях экзопланеты можно получить ее верхние пределы яркости. Авторы статьи оценили этот предел: Фомальгаут b по крайней мере не ярче 16.7 звездной величины (39 милиЯнских), что на порядок величины превосходит предыдущие оценки. Смоделировав реальное присутствие ожидавшейся экзопланеты массой 0.5-2 массы Юпитера, авторы показали, что такой объект они прекрасно бы заметили — уровень достоверности сигнала превышал бы 7 стандартных отклонений (предыдущим открывателям было достаточно превышения 5 сигм).

Интересный обзор про запыленные планетные системы: arxiv.org Внутри красивые картинки про сравнение Солнечной системы с несколькими известными планетными системами у других звезд. Хорошая подборка изображений дисков, в частности у беты Живописца и у Фомальгаута. Из обзоров препринтов: xray.sai.msu.ru

Мы не привыкли смотреть на Солнце как на рядовую звезду. Вот физические параметры этой самой близкой к нам звезды: спектральный класс G2V, температура 5777 K, гравитация на поверхности GM/R^2 = log g = 4.44 cgs, скорость вращения v sin i = 1.6 +/- 0.3 км/с, микротурбулентная скорость Vt от 0.5 (минимум температуры) до 1.8 (самые глубокие видимые слои) км/с; измерения по линиям Fe I и Fe II в работе arxiv.org дают 0.75 и 1.5 км/с. При этом в моделях Солнца максимальная скорость конвективного движения — 2.3 км/с. При всех этих знаниях мы до сих пор не получили спектра достаточно высокого разрешения Солнца в широком диапазоне длин волн в отсутствии атмосферы, то есть точного распределения энергии по длинам волн. Кроме того, мы не знаем металличность Солнца, т.е. содержания железа, а всего лишь даем грубую оценку. (Статья Р.Л. Куруца в New quests in stellar astrophysics: the link between stars and cosmology, доступна в сети). Изучив характер излучения Солнца, мы лучше поймем и изучим солнцеподобные звезды. А зная, как ведет себя звезда по имени Солнце во времени, мы можем оценить возможности поиска планет у солнцеподобных звезд спектроскопическим методом. Например, с помощью спектрографа HARPS успешно ищутся "суперземли" вблизи области обитания: adsabs.harvard.edu Но достичь точности измерений лучевых скоростей звезд лучше 1 м/с можно, только учтя все движения, не связанные с влиянием планет, а лучше просто отобрав очень спокойные, медленно вращающиеся звезды. То есть если мы посмотрели бы на Солнце с расстояния 10-20 парсек, то с помощью современной аппаратуры и знаний открыли бы, наверное, только Юпитер: в лучшем случае мы заметили бы влияние этой планеты на скорость Солнца величиной до 13 м/с, а скорее всего меньше, из-за угла наклона плоскости орбиты к наблюдателю.

Я вдруг понял, что коричневые карлики и экзопланеты — достаточно близкие классы объектов! И открыли их почти одновременно, в середине 90-х, и известно почти по тысяче объектов из каждого класса. Размер "Горячих Юпитеров" (и вообще больших газовых экзопланет), и M, L, T-карликов (да и Y тоже) не зависит от массы и примерно одинаков. Вот тут хорошая иллюстрация: spider.ipac.caltech.edu Радиус тела будет очень близок к радиусу Юпитера (Rjup), если его масса более 0.3 массы нашего эталона (Юпитера), радиус меньших тел будет по степенному закону относительно массы. Иллюстрация в статье про галерею открытых экзопланет, попадающих в зоны обитаемости своих светил: arxiv.org wrt xray.sai.msu.ru Так что задача разделения экзопланет-гигантов и коричневых карликов в кратных системах не такая уж простая, как может показаться ;)