В августе 2013 года исследователи из Массачусетского технологического института объявили о том, что обнаружили экзопланету, совершающую полный оборот вокруг своей звезды всего за 8,5 часов. Планета Кеплер 78b (Kepler 78b) обладает небольшими размерами и быстро вращается как вокруг своей оси, так и вокруг светила.
После того как было объявлено об открытии этого небесного тела с помощью телескопа Kepler, учёные заинтересовались необычной планетой и продолжили исследования. Расчёты показали, что Кеплер 78b примерно в 1,2 раза больше Земли, что делает её самой маленькой из всех обнаруженных экзопланет.
Вычислив сидерический период и определив размеры тела, астрономы решили заняться его массой. Анализ движения родительской звезды показал, что масса планеты не должна быть больше, чем в 1,7 раз больше земной. Таким же образом учёные подсчитали, что её плотность составляет 5,3 грамма на кубический сантиметр. Для сравнения, земная плотность равна 5,5 грамма на кубический сантиметр.
Судя по всем этим характеристикам, можно смело утверждать, что в системе Кеплер 78 находится двойник Земли, также состоящий из каменных пород и железа. Планеты действительно очень похожи во всём, кроме одного — температуры на поверхности.
"Экзопланета Кеплер 78b по своим размерам и массе очень напоминает Землю. Но температура на поверхности нашего двойника на две тысячи градусов по Цельсию выше земной. И всё же, мы полагаем, что сделали большой шаг в области изучения похожих на Землю планет", — говорит соавтор исследования Джош Винн (Josh Winn), физик из Массачусетского технологического института.
Изучение планет с очень маленьким периодом обращения проходит значительно быстрее, чем обычные астрономические наблюдения за экзопланетами. Дело в том, что за земную неделю Кеплер 78b успевает совершить 20 оборотов вокруг своей звезды, а учёные каждый раз могут сравнивать свои данные и наблюдать за поведением далёкого небесного тела.
Для определения орбитального периода и размера планеты учёные применяли так называемый транзитный метод. Когда некое космическое тело проходит по диску своей родительской звезды, наблюдатель видит затемнение в свечении последней и, в зависимости от степени этого затемнения, можно определить размер планеты, а ориентируясь на то, как часто это происходит, можно вычислить орбитальный период планеты.
Измерение массы экзопланеты — дело немного более сложное. Вместо того чтобы отслеживать перемещения самой планеты, астрономы следят за движениями её родительской звезды. Масса планеты напрямую скажется на гравитационном воздействии, которое она оказывает на своё светило. И хотя колебания звезды едва заметны, их всё же можно увидеть, используя мощные приборы. Когда под гравитационным воздействием планеты звезда будет либо отдаляться, либо приближаться к наблюдателю, то астрономам её свет будет казаться либо красноватым, либо синеватым соответственно. Это явление известно в физике как доплеровское смещение.
Винн и его коллеги следили за проявлением эффекта Доплера у звезды Кеплер 78 из обсерватории Кека на Гавайях (Keck Observatory) через один из крупнейших в мире телескопов. Взглянув на данные, полученные за восемь дней постоянных наблюдений за планетой и звездой, учёные увидели, что сигнал от звезды был невероятно слабым, даже несмотря на высокую мощность и чувствительность телескопа.
"Мы мучились с этими расчётами восемь ночей подряд и даже не знали, стоит ли оно того", — рассказывает Винн в пресс-релизе.
Кроме того что сигналы были слишком слабыми для совершения верных расчётов, сама звезда подкинула дополнительную проблему астрономам. Дело в том, что на поверхности звёзд нередко наблюдаются тёмные пятна, присутствие которых влияет на расчёты, ориентированные на эффект Доплера. Смещение может показаться большим из-за этих "помех", чем есть на самом деле, и масса планеты, соответственно, тоже покажется больше.
Решить эту головоломку удалось аспиранту Роберто Санчису-Охеде (Roberto Sanchis-Ojeda), который специализируется на влиянии тёмных пятен поверхности звёзд на расчёт массы экзопланеты. Он обратил внимание на период вращения звезды Кеплер 78. Обнаружив все пятна, которые появлялись за время полного оборота светила, Санчис-Охеда вычислил, что полный оборот вокруг своей оси звезда совершает за 12,5 дней, что значительно дольше, чем период обращения планеты Кеплер 78b.
Учёные поняли, что звезда вращается вокруг своей оси довольно медленно, сдвигаясь всего на полтора метра в секунду. Такую скорость можно сравнить со скоростью быстрой ходьбы.
Наконец, все особенности планеты и звезды были учтены. Расчёты показали, что масса Кеплер 78b должна быть не более чем в 1,7 раз больше земной, а значит, состоять она может разве что из камней и железа. Такая композиция довольна типична для планет, расположенных слишком близко к своей звезде.
Коллеги Винн и его команды, не принимавшие участия в исследовании, отметили, что данная работа является одной из наиболее значимых в истории изучения экзопланет. Кеплер 78b оказался первой маленькой экзопланетой, расчёты для которой удалось выполнить так точно.
Команда астрономов планирует в ближайшее время продолжить изучение горячего близнеца Земли. На этот раз их заинтересовал состав его атмосферы. А об уже имеющихся результатах исследования учёные сообщили в статье, опубликованной в журнале Nature.
Также по теме:
Найдена экзопланета, где Новый год можно справлять каждые 8,5 часов
Астрономы обнаружили планету, похожую на парилку в бане
Открытие по соседству: ученые 4 года выслеживали двойник Земли
Земле, возможно, нашли "двойника"
Найден плоский двойник Солнечной системы
Астрономы впервые нашли двух близнецов Млечного Пути
