«Место, где много воды»
|
Заголовок известного рассказа Айзека Азимова прекрасно подходит и для этой заметки. Речь пойдет об изрядно нашумевшем открытии внесолнечной планеты, которая может примерно наполовину состоять из воды — правда, пока нельзя сказать, в каком фазовом состоянии.
Планету обнаружили участники действующей с прошлого года коллаборации MEarth Project, которую возглавляет гарвардский профессор астрономии Дэвид Шарбонно (David Charbonneau). Эти астрономы заняты поиском землеподобных планет, обращающихся вокруг красных карликов спектрального класса M, массы которых лежат в диапазоне от 0,1 до 0,33 массы Солнца. Они планируют провести мониторинг 1976 звезд этого типа, расположенных в сравнительной близости от Земли и потому обладающих довольно большим собственным движением.
Основным инструментом поиска служит интегрированная сеть из восьми одинаковых автоматизированных телескопов с 40-сантиметровой апертурой, установленных в Обсерватории имени Фреда Лоуренса Уиппла (Fred Lawrence Whipple Observatory), расположенной на вершине горы Хопкинс в штате Аризона. Телескопы оснащены высокочувствительными фотометрами с твердотельными приемными матрицами, работающими в ближней инфракрасной зоне (700–900 нанометров). Эти приборы позволяют эффективно искать транзитные планеты, проходящие между своими звездами и Землей и благодаря этому периодически экранирующие звездный блеск. Согласно опубликованной в прошлом году программной статье коллаборации MEarth, с их помощью, в принципе, можно рассчитывать в течение трех лет выявить несколько планет с минимальным размером порядка двух земных радиусов, расположенных в пригодных для возникновения жизни окрестностях материнских звезд.
17 декабря Шарбонно и его коллеги сообщили о своем первом успехе. Они обнаружили ранее неизвестную планету из семейства так называемых супер-Земель (в него принято включать тела с массами от 2 до 10 масс Земли). Планета обращается вокруг звезды GJ 1214 из экваториального созвездия Змееносца. Это очень тусклый красный карлик с видимой звездной величиной 14,7, удаленный от Солнца на 40 световых лет. Его масса и радиус составляют 16 и 21% массы и радиуса нашего Солнца. Температура его поверхности не превышает 3000 К (около 2700°C) и, следовательно, более чем вдвое уступает поверхностной температуре Солнца. Абсолютная яркость GJ 1214 составляет всего лишь 0,003 солнечной. Время жизни звезды оценивается в 6 миллиардов лет, то есть с хорошей точностью совпадает с возрастом Солнца.
Наблюдения звезды GJ 1214 выявили регулярные ослабления ее видимого блеска на 1,3%, случающиеся с периодом 38 часов. Они были зарегистрированы с использованием как одного, так и всех восьми телескопов системы MEarth и дополнительно подтверждены с помощью аппаратуры 48-дюймового телескопа той же обсерватории. Такие затмения можно объяснить либо прохождением планеты-спутника, либо тем, что GJ 1214 является компонентом затменной двойной звезды. Поскольку анализ архивных данных наблюдений GJ 1214 позволил с уверенностью отбросить вторую гипотезу, Шарбонно и члены его группы пришли к заключению, что им удалось надежно обнаружить ранее неизвестную планету. Для окончательной проверки они выполнили доплеровскую спектрометрию излучения GJ 1214 с помощью высокочувствительного спектрометра HARPS (High Accuracy Radial Velocity Planetary Search), установленного в 2004 году на 360-сантиметровом телескопе чилийской высокогорной обсерватории La Silla Paranal. Он обеспечивает промер скоростей с точностью до 1 м/сек и по этому показателю пока не имеет себе равных в мире. Колебания радиальной скорости звезды GJ 1214 оказались намного больше — около 12 м/сек. Эти измерения подтвердили наличие планеты и позволили установить ее массу. Стоит отметить, что именно Шарбонно в соавторстве с Тимоти Брауном 10 лет назад впервые применил для поиска экзопланет комбинацию фотометрии и доплеровской спектроскопии.
|
Новооткрытая планета в соответствии с традицией названа GJ 1214b. Во многих отношениях ее следует считать довольно-таки рядовой супер-Землей. Ее орбита вытянута не слишком сильно (эксцентриситет менее 0,27), а величина большой полуоси составляет всего 2,1 миллиона километров, что и объясняет очень короткий период обращения, лишь немного превышающий 1,5 земных суток. Масса (6,55 земной) и радиус (2,68 земного) по отдельности тоже никак не впечатляют, однако их сочетание уже представляет немалый интерес. Нетрудно подсчитать, что средняя плотность планетарного вещества равна 1,87 г/см3. Отсюда следует, что она примерно втрое уступает плотности земной материи и менее чем в два раза превышает плотность воды. Это и позволяет предположить, что GJ 1214b буквально насыщена водой, которая составляет порядка половины ее массы.
Дальнейшее пока неясно. Известный охотник за внесолнечными планетами Джеффри Марси (Geoffrey Marcy) полагает, что GJ 1214b имеет жезезо-никелевое ядро и силикатную мантию, над которыми лежит жидкий водный океан глубиной в сотни километров. Температура его поверхности пока точно не известна (ее оценка зависит от альбедо планеты, которое еще предстоит выяснить), однако не исключено, что она не превышает 190°C. Зону над океанской поверхностью вполне можно сравнить с паровой баней. Правда, существуют и другие модели, которые либо вообще не предполагают наличия воды на GJ 1214b, либо утверждают, что она не может находиться в жидком состоянии. В любом случае, не приходится сомневаться, что список экзопланет пополнился весьма любопытным экземпляром.
Источники:
1) David Charbonneau et al. A super-Earth transiting a nearby low-mass star // Nature. V. 462. P. 891–894. 17 December 2009. Doi:10.1038/nature08679.
2) Geoffrey Marcy. Extrasolar planets: Water world larger than Earth // Nature. V. 462. P. 853–854, 17 December 2009. Doi:10.1038/462853a.
