Найдена планета с удивительной орбитой

Астрономам посчастливилось вести наблюдения в период, когда планета приблизилась к звезде.

Иллюстрация ESO/M. Kornmesser.

Орбита HR 5183 b и орбиты планет Солнечной системы.

Иллюстрация W. M. Keck Observatory/Adam Makarenko.

Астрономы нашли экзопланету с невероятной траекторией. Этот мир движется по очень вытянутой орбите и находится на очень большом расстоянии от родительской звезды. Открытие можно назвать потрясающей удачей: лишь раз в 45–90 лет этот мир подходит так близко к своему солнцу, чтобы его можно было обнаружить.

Подробности описаны в научной статье, принятой к публикации в издание Astronomical Journal. Пока же можно ознакомиться с препринтом этой работы.

"Эта планета не похожа на планеты нашей Солнечной системы, но, более того, она не похожа ни на одну из обнаруженных нами экзопланет", – утверждает первый автор статьи Сара Блант (Sarah Blunt) из Калифорнийского технологического института.

Речь идёт о мире HR 5183 b (он же HD 120066 b). Это типичный газовый гигант с массой, троекратно превышающей массу Юпитера. Уникальным небесное тело делает его орбита.

Во-первых, этот мир находится на огромном расстоянии от своей звезды: в среднем в 18 раз больше, чем Земля от Солнца. Из-за этого полный оборот он делает, по расчётам авторов, за 52–117 лет (чтобы определить этот период более точно, не хватает данных).

Обычные методы обнаружения экзопланет – это метод транзитов (на его счету более 70% известных на сегодняшний день миров) и метод лучевых скоростей (более 20% всех открытых планет). Но в своём классическом виде эти методы требуют, чтобы экзопланета на глазах наблюдателей обошла вокруг звезды несколько раз. Это нужно, чтобы убедиться, что обнаруженный сигнал регулярно повторяется, а значит, не является ошибкой обработки данных. Понятно, что для миров, продолжительность "года" на которых составляет десятки земных лет, это невозможно. К тому же, чем дальше планета от своей звезды, тем слабее её сигнал для обоих названных методов.

На сегодняшний день известно более 4100 планет. Из них почти для 3900 определён период обращения. И только 13 планет тратят на один оборот больше времени, чем HR 5183 b (рекорд принадлежит 11 Oph b с "годом", равным двум земным тысячелетиям).

Все эти рекордсмены были обнаружены экзотическими способами. 12 планет прямо наблюдались в телескопы в инфракрасном диапазоне (пока лишь для 132 экзопланет выполнены такие наблюдения). Ещё один мир, обращающийся вокруг пульсара, был найден благодаря радиоизлучению последнего (всего же известно только пять планет, обращающихся вокруг пульсаров).

Однако HR 5183 b была обнаружена методом лучевых скоростей. В этом учёным помогла другая уникальная особенность её орбиты: её чрезвычайно вытянутая форма.

Напомним, что каждая планета движется вокруг своей звезды по эллипсу. Этот эллипс может быть более или менее вытянутым. "Мера вытянутости" называется эксцентриситетом (e).

Если эллипс совсем не вытянут (e = 0), он представляет собой окружность. При этом звезда находится точно в центре такой орбиты.

Чем ближе эксцентриситет к единице, тем дальше орбита от круговой, а звезда – от центра орбиты. Для очень вытянутых траекторий светило находится у самой границы эллипса. Планета в таком случае движется очень неравномерно. Участок, ближайший к своему солнцу, она пробегает с большой скоростью, а вдали от него шествует медленно и плавно.

Таковы правила обращения планет. Они прямо следуют из закона всемирного тяготения и поэтому одинаковы для всех планетных систем.

В Солнечной системе орбиты всех планет почти круговые. Например, для орбиты Земли e = 0,017. Из всех планет "семьи Солнца" самую вытянутую траекторию имеет Уран: e = 0,044.

Орбиты, близкие к круговым, типичны и для экзопланет. В этом нет ничего удивительного, ведь каждая планетная система образовалась из протопланетного диска – дискообразного облака пыли и газа. Своё орбитальное движение миры получают "в наследство" от его вращения, а точка на вращающемся диске движется по окружности.

Чтобы перейти на более вытянутую траекторию, небесное тело должно испытать столкновение с другим объектом либо мощный "гравитационный пинок" от него. Но трудно сдвинуть с проторенного пути целую планету, поэтому орбиты обычно остаются близкими к круговым.

У HR 5183 b эксцентриситет равен примерно 0,84, то есть он в 49 раз больше, чем у Земли. Это огромная величина. Из примерно 4100 известных экзопланет более чем для 1500 выяснена форма орбиты. И только семь миров движутся по ещё более вытянутой траектории, чем HR 5183 b. Однако все они находятся куда ближе к своим звёздам: "год" на них длится от 0,3 до 16,5 земных года.

Получить наглядное представление о пути HR 5183 b поможет следующее сравнение. Если бы она находилась в Солнечной системе, то в ближайшей к Солнцу точке орбиты находилась бы между Марсом и Юпитером, а в самой удалённой оказалась бы за орбитой Урана.

Орбита HR 5183 b и орбиты планет Солнечной системы.

Именно необычно вытянутая траектория помогла астрономам открыть экзотическую планету. Как уже упоминалось, у вытянутых орбит есть участок, на котором небесное тело подходит близко к родительской звезде. В это время его можно обнаружить. Для HR 5183 b такой "период видимости" составляет лишь около двух земных лет (напомним, что полный оборот длится в десятки раз дольше).

За родительской звездой HR 5183 b астрономы наблюдали почти двадцать лет, не видя никаких признаков наличия планеты. По счастливому стечению обстоятельств, им всё же удалось застать момент, когда этот неуловимый мир подошёл близко к своему солнцу.

"Если бы мы прекратили наблюдать звезду через 15 лет [после начала наблюдений], мы бы не заметили её (планету – прим. ред.)", – констатирует соавтор исследования Майкл Эндл (Michael Endl) из Техасского университета в Остине.

Разумеется, астрономы не могли пронаблюдать несколько периодов обращения экзопланеты, чтобы убедиться, что имеют дело с реальным сигналом, а не со случайной комбинацией шумов. Однако на глазах у исследователей планета приблизилась к своему светилу на минимальное расстояние и начала удаляться от него. Движение по этому участку орбиты оставляет в данных столь характерную "подпись", что её трудно с чем-либо перепутать.

Кроме того, учёные обработали данные с нескольких телескопов и убедились, что результат идентичен.

Остаётся вопрос, какой же космический катаклизм сделал траекторию HR 5183 b столь вытянутой. Авторы считают наиболее вероятным, что это была встреча с другой планетой-гигантом. Гравитационное взаимодействие двух этих титанов изменило орбиту HR 5183 b, а другого участника рандеву и вовсе вытолкнуло прочь из системы.

К слову, ранее "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) рассказывали о том, как бродячая звезда выгнала экзопланету со своего места, а также о том, как менялись орбиты планет-гигантов в Солнечной системе.