Элизабет Таскер - Фабрика планет. Экзопланеты и поиски второй Земли

Обычное ли это явление — планеты на циркумбинарных орбитах? Или Кеплер-16 b — редкое исключение? В момент ее обнаружения более правдоподобным казалось второе.

На протопланетные диски вокруг одной звезды действует одна сила притяжения, а на диски, окружающие двойную звездную систему, — две. Увлекаемые вперед с удвоенным усилием, планетезимали в них разгоняются и сталкиваются на скоростях, исключающих возможность образования новых миров. К тому же, если в процессе формирования или миграции планета оказывается слишком близко к звездной паре, амплитуда колебаний гравитационных сил звезд при их движении вокруг общего центра будет настолько большой, что планета вряд ли сможет удерживаться на стабильной орбите. В итоге она либо угодит в одну из звезд, либо будет навсегда выброшена за пределы системы.

Кажется подозрительным, что Кеплер-16 b находится как раз у этого рубежа стабильности. Разница в размерах звезд системы Кеплер-16 очень велика, из-за чего более массивная звезда располагается вблизи общего центра массы. То есть самое массивное тело в системе «едва шевелится», пока его компаньон и планета движутся по своим орбитам, а значит, действующая на Кеплер-16 b сила гравитационного притяжения практически не меняется. Это может быть одним из факторов, позволивших циркумбинарной планете избежать печальной участи большинства ее родственниц.

Сложные условия формирования — не единственная проблема таких планет. К ним добавляется трудность их обнаружения. Для затменных двойных звезд и так характерно периодическое ослабление блеска, которое куда более выражено, чем то, которое вызывает проходящая планета. Еще одна проблема — пятна на звездах, влияние которых на яркость двойной звезды похоже на влияние проходящей по ее диску планеты.

Из-за неодинаковых интервалов между прохождениями циркумбинарных планет подтвердить, что источником падения яркости является обращающаяся вокруг звезды планета, также совсем не просто. При движении вокруг одиночной звезды время прохождения планеты можно рассчитать с такой высокой точностью, что отклонения от него могут использоваться при поиске скрытых планет. Однако прохождение планеты, обращающейся вокруг двойной звезды, — это прохождение по диску движущегося объекта. Поскольку и планета, и звездная пара находятся в движении, прохождения носят нерегулярный характер. Третье прохождение Кеплер-16 b по диску более яркой из двух звезд произошло на 8,8 суток раньше, чем прогнозировалось исходя из временного промежутка между первыми двумя прохождениями. Эта разница огромна, особенно в сравнении с отклонениями времени прохождения, вызываемыми ее собратьями в планетных системах, которые обычно измеряются в минутах и никогда не превышают нескольких часов.

Наконец, планета может никогда больше не пройти по дискам звезд. Из-за изменения гравитационного воздействия вращающихся солнц планета завершает движение по орбите не совсем там, где она его начинает. Она испытывает прецессию, которая постепенно приводит к изменению ее траектории движения. В конечном итоге это может привести к тому, что мы больше не сможем наблюдать прохождение планеты по дискам звезд. Согласно моделям долгосрочной эволюции Кеплер-16 b, прохождения планеты по диску большей из двух звезд прекратятся в начале 2018 г. и возобновятся около 2042 г. Последнее ее прохождение по диску меньшей звезды состоялось в мае 2014 г. До следующего, согласно расчетам, осталось 35 лет.

Несмотря на многочисленные препятствия, астрономы продолжали поиски. И дело было не только в желании найти прообраз вымышленной планеты с двумя солнцами. Возможность объединить результаты наблюдения за прохождениями с результатами наблюдения затмений в двойных системах позволяет определить характеристики планеты с исключительной степенью точности. Например, массу и радиус Кеплер-16 b удалось рассчитать с удивительно маленькими погрешностями — 4,8% и 0,34% соответственно. Шанс заполучить столь точные данные оправдывал усилия по поиску миров, обращающихся вокруг двойных звезд.

Новые открытия не заставили себя ждать. В поисках признаков проходящих планет с помощью телескопа «Кеплер» были обследованы 750 затменных двойных звезд с короткими орбитами с периодом менее одного земного года. Завершились они успехом: всего через 4 месяца после известия о существовании Кеплер-16 b были открыты еще две планеты, обращающиеся вокруг двойных звезд.