Когда космический телескоп НАСА Нэнси Грейс Роман будет запущен в середине 2020-х годов, планируется исследование широкого спектра тем инфракрасной астрофизики. Одно долгожданное исследование будет использовать гравитационный эффект, называемый микролинзированием, чтобы выявить тысячи миров, похожих на планеты в нашей Солнечной системе. Новое исследование показывает, что этот же обзор также позволит выявить более экстремальные планеты и похожие на планеты тела в центре галактики Млечный Путь, благодаря их гравитационному притяжению к звездам, вокруг которых они вращаются.
«Мы были взволнованы, обнаружив, что Роман сможет предоставить даже больше информации о планетах по всей нашей галактике, чем планировалось изначально, – сказал Шота Миядзаки, аспирант Осакского университета в Японии, который руководил исследованием. – Будет очень интересно узнать больше о новой, неизученной группе миров».
Roman в первую очередь будет использовать метод обнаружения с помощью гравитационного микролинзирования, чтобы обнаружить экзопланеты – планеты за пределами нашей Солнечной системы. Когда массивный объект, такой как звезда, проходит перед более далекой звездой с нашей точки зрения, свет от более далекой звезды будет изгибаться, когда он движется через искривленное пространство-время вокруг более близкой.
В результате более близкая звезда действует как естественная линза, увеличивая свет от звезды заднего плана. Планеты, вращающиеся вокруг звезды-линзы, могут производить аналогичный эффект в меньшем масштабе, поэтому астрономы стремятся обнаружить их, анализируя свет от более далекой звезды.
Поскольку этот метод чувствителен к таким маленьким планетам, как Марс, с широким диапазоном орбит, ученые ожидают, что обзор с помощью микролинзирования Роман откроет аналоги почти каждой планеты в нашей Солнечной системе. Миядзаки и его коллеги показали, что обзор также может выявить более экзотические миры – планеты-гиганты на крошечных орбитах, известные как горячие юпитеры, и так называемые «несостоявшиеся звезды», известные как коричневые карлики, которые недостаточно массивны, чтобы получают энергию путем синтеза, как это делают звезды.
Это новое исследование показывает, что Роман сможет обнаружить эти объекты, вращающиеся вокруг более далеких звезд в явлениях микролинзирования, в дополнение к обнаружению планет, вращающихся вокруг более близких (линзирующих) звезд.
Выводы команды опубликованы в The Astronomical Journal.
Астрономы рассматривают явление микролинзирования как временное повышение яркости далекой звезды, которое достигает пика, когда звезды почти идеально выровнены. Миядзаки и его команда обнаружили, что в некоторых случаях ученые также смогут обнаружить периодические небольшие изменения в линзовом свете звезд, вызванные движением планет, вращающихся вокруг более далекой звезды во время события микролинзирования.
Когда планета движется вокруг своей звезды-хозяина, она оказывает крошечное гравитационное притяжение, которое немного меняет положение звезды. Это может тянуть далекую звезду все ближе и дальше от идеального выравнивания. Поскольку более близкая звезда действует как естественная линза, это похоже на то, что свет далекой звезды будет слегка притягиваться и расфокусироваться вращающейся планетой. Улавливая небольшие дрожи в свете звезд, астрономы смогут сделать вывод о присутствии планет.
«Это называется эффектом ксалларапа, то есть параллаксом, записанным в обратном порядке. Параллакс зависит от движения наблюдателя – Земли, движущейся вокруг Солнца – для изменения ориентации между далекой звездой-источником, звездой с более близкой линзой и наблюдателем. Ксалларап работает противоположным образом, изменяя выравнивание из-за движения источника», – отметил Дэвид Беннетт, возглавляющий группу гравитационного микролинзирования в Центре космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд.
Хотя микролинзирование, как правило, лучше всего подходит для поиска миров дальше от своей звезды, чем Венера от Солнца, эффект ксалларапа лучше всего работает с очень массивными планетами на малых орбитах, поскольку они заставляют свою звезду двигаться больше всего. Обнаружение более далеких планет также позволит нам исследовать различные популяции миров.
Добыча из ядра галактики
Большинство из первых нескольких сотен экзопланет, обнаруженных в нашей галактике, имели массу в сотни раз больше земной. В отличие от планет-гигантов в нашей Солнечной системе, которым требуется от 12 до 165 лет, чтобы вращаться вокруг Солнца, эти обнаруженные миры вращаются вокруг своих звезд всего за несколько дней.
Эти планеты, ныне известные как горячие юпитеры из-за их гигантских размеров и сильного тепла, исходящего от их звезд-хозяев, не ожидались от существующих моделей формирования планет и заставили астрономов переосмыслить их. Сейчас существует несколько теорий, которые пытаются объяснить, почему существуют горячие юпитеры, но мы до сих пор не уверены, какая из них верна, если таковая имеется. Наблюдения Роман должны дать новые ключи к разгадке.
Коричневые карлики, даже более массивные, чем горячие юпитеры, имеют массу от 4000 до 25000 раз больше Земли. Они слишком тяжелы, чтобы их можно было охарактеризовать как планеты, но недостаточно массивны, чтобы подвергаться ядерному синтезу в их ядрах, как звезды.
На этой иллюстрации изображен коричневый карлик – объект, который слишком тяжел, чтобы его можно было охарактеризовать как планета, но недостаточно массивен, чтобы обеспечить себя за счет ядерного синтеза, как это делают звезды.
Другие миссии по охоте за планетами в первую очередь искали новые миры относительно близко, на расстоянии до нескольких тысяч световых лет. Непосредственная близость делает возможным более детальное изучение. Однако астрономы считают, что изучение тел, близких к ядру нашей галактики, может дать новое понимание того, как эволюционируют планетные системы. Миядзаки и его команда подсчитали, что Роман найдет около 10 горячих юпитеров и 30 коричневых карликов ближе к центру галактики, используя эффект ксалларапа.
Центр галактики населен в основном звездами, сформировавшимися около 10 миллиардов лет назад. Изучение планет вокруг таких старых звезд может помочь нам понять, образуются ли горячие юпитеры так близко к своим звездам или же они рождаются дальше и со временем мигрируют внутрь. Астрономы смогут увидеть, могут ли горячие юпитеры поддерживать такие маленькие орбиты в течение длительных периодов времени, увидев, как часто они обнаруживаются вокруг древних звезд.
В отличие от звезд в диске галактики, которые обычно бродят по Млечному Пути на комфортных расстояниях друг от друга, звезды около ядра расположены гораздо ближе друг к другу. Роман сможет выяснить, влияет ли такое близкое расположение звезд на орбиты планет. Если звезда проходит близко к планетной системе, ее гравитация может вывести планеты с их обычных орбит.
Сверхновые также чаще встречаются вблизи центра галактики. Эти катастрофические события настолько интенсивны, что могут создавать новые элементы, которые выбрасываются в окружающую среду, когда взрывающиеся звезды умирают. Астрономы считают, что это может повлиять на формирование планет. Обнаружение миров в этом регионе может помочь нам больше узнать о факторах, влияющих на процесс построения планеты.
Роман откроет окно в далекое прошлое, глядя на более старые звезды и планеты. Миссия также поможет нам выяснить, образуются ли коричневые карлики так же легко вблизи центра галактики, как и ближе к Земле, сравнивая, как часто они встречаются в каждом регионе.
Подсчитав очень старые горячие юпитеры и коричневые карлики с помощью эффекта ксалларапа и обнаружив более знакомые миры с помощью микролинзирования, Роман приблизит нас еще на один шаг к пониманию нашего места в космосе.
«Мы обнаружили множество планетных систем, которые кажутся странными по сравнению с нашей, но до сих пор не ясно, странники они или мы, – сказал Самсон Джонсон, аспирант Университета штата Огайо в Колумбусе. – Роман поможет нам в этом разобраться, а также ответит на другие важные вопросы астрофизики».
Космический телескоп Нэнси Грейс Роман будет управляться в Центре космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте при участии Лаборатории реактивного движения НАСА и Калифорнийского технологического института / IPAC в Пасадене, Калифорния, Научного института космического телескопа в Балтиморе и научной группы, состоящей из ученых, занимающихся различными исследованиями. учреждения. Основными промышленными партнерами являются Ball Aerospace and Technologies Corporation в Боулдере, Колорадо, L3Harris Technologies в Мельбурне, Флорида, и Teledyne Scientific & Imaging в Таузенд-Оксе, Калифорния.
