Одна из ближайших к нам экзопланет в созвездии Рака, впервые обнаруженная в 2004 году, недавно оказалась в центре внимания космических телескопов «Хаббл», «Спитцер» и крупнейших наземных обсерваторий. Благодаря новым астрономическим инструментам и алгоритмам анализа данных, сейчас удалось определить наличие и состав её атмосферы. Для экзопланет класса “суперземля” такая работа выполнена впервые.
Двойная звезда 55 Рака давно привлекала внимание. Она видна на небе невооружённым глазом, поскольку находится от нас на расстоянии всего в 40,9 световых лет и обладает светимостью в 0,6 солнечных. Главная звезда в этой системе относится к тому же основному спектральному классу (GxV), что и Солнце. Её масса также близка к солнечной, а вокруг неё вращается как минимум пять планет. Каждая из них была обнаружена методом доплеровской спектроскопии. Затем открытие экзопланет подтвердили с помощью наблюдений, выполненных на орбитальных и крупнейших наземных обсерваториях.
Среди всех обнаруженных у солнцеподобной звезды экзопланет наибольшее внимание астрономов сейчас привлекает 55 Рака e. Это суперземля с большим содержанием углерода. При массе в 8,37 земных и радиусе в 2,17 раз больше земного, в её недрах должны создаваться условия для интенсивного формирование алмазов. По первичным оценкам их совокупный объём превышает размерами Землю. Дополнительный интерес к экзопланете обуславливался тем, что математические модели прогнозировали наличие у неё плотной атмосферы с высокой вероятностью содержания водяного пара.
Космический телескоп “Хаббл” (изображение: nasa.gov) Долгое время эти данные пытались подтвердить или опровергнуть, уточняя параметры планеты, её возможный состав и происхождение. С 2014 года для этого использовали самый совершенный прибор на космическом телескопе «Хаббл» – камеру WFC3. Однако наблюдения в видимом и ближнем инфракрасном свете позволяли определять лишь регулярные транзиты экзопланеты на фоне родительской звезды, не давая новой информации.
Исследователям помогло удачное расположение экзопланеты 55 Рака e. Поскольку она находится в 64 раза ближе к своей звезде, чем Земля к Солнцу, год на ней длится всего 18 часов, а поверхность нагревается до 2000 K. Из-за сильного нагрева она светится в среднем инфракрасном диапазоне. Редкая для планет ИК-светимость позволяет изучать её не только средствами наблюдений в оптическом диапазоне, но и аппаратурой орбитального телескопа «Спитцер».
Космический телескоп “Спитцер” (изображение: NASA/JPL-Caltech). Совместные данные, собранные космическими телескопами «Хаббл», «Спитцер» и наземными обсерваториями, позволили исследователями из Университетского колледжа Лондона судить о составе газовой оболочки экзопланеты. Методы спектрального анализа химического состава широко применяются для изучения звёзд и атмосферы планет Солнечной системы, но для далёкой суперземли они впервые оказались столь же информативными.
В атмосфере экзопланеты 55 Рака е обнаружили большое количество водорода и гелия. Вероятно, она захватила эти лёгкие элементы ещё на раннем этапе из облака ионизированного газа при формировании местного солнца. Несмотря на все ожидания и предварительные расчёты, водяной пар в атмосфере экзопланеты обнаружить пока не удалось даже в следовых количествах.
Из-за интенсивного нагрева звездой 55 Рака А, кора суперземли постоянно плавится днём и едва успевает остыть за ночь. С восходящими тепловыми потоками в атмосферу постоянно попадают частицы углерода и его соединения – преимущественно неорганические. В ходе различных реакций в основном образуются оксиды, цианид водорода (пары синильной кислоты) и ацетилен. Преобладание монооксида углерода над его диоксидом указывает на высокое соотношение углерода к кислороду.
“Присутствие цианистого водорода и других обнаруженных нами молекул может подтвердится через несколько лет следующим поколениям инфракрасных телескопов. В этом случае мы получим новые доказательства того, что эта планета чрезвычайно богата углеродом и в целом очень необычна”, – комментирует один из авторов исследования Джонатан Теннисон (Jonathan Tennyson).
Автор - Павел Котляр
В созвездии Змеи обнаружена планета, которую астрономы называют алмазной. И это впервые оказалось не журналистской уткой.
Открытие алмазной планеты, о необходимости которого так долго говорили научные фантасты, а лженаучная часть российской журналистики совершила еще полгода назад, произошло. Это сделала группа ученых под руководством Мэттью Бейлса (Matthew Bailes) из Технологического университета Свинберна в Австралии (Swinburne University of Technology).
Изучая данные обзора неба, полученного при помощи австралийского 64-метрового радиотелескопа Паркс, ученые обнаружили короткопериодические сигналы от далекого источника. Им оказался миллисекундный пульсар – быстро вращающаяся нейтронная звезда, удаленная от нас на расстояние 4 тыс. световых лет.
Радиопульс
Нейтронные звезды являются остатками взрывов сверхновых и состоят, как следует из названия, из нейтронов -- электрически нейтральных частиц. Диаметр нейтронных звезд составляет обычно 10-20 километров, а масса в полтора раза больше массы Солнца. Быстро вращающуюся нейтронную звезду можно обнаружить, зафиксировав мощное радиоизлучение, исходящее от нее в двух направлениях в виде узконаправленных лучей. Один из таких лучей и скользнул по нашей планете и по радиотелескопу Паркс от пульсара PSR J1719-1438, находящегося в созвездии Змеи. Анализ излучения показал, что период пульсаций составляет 5,7 миллисекунд. Это означает, что нейтронная звезда за одну минуту успевает совершить более 10 тыс. оборотов.
Однако более детальный анализ колебаний показал, что радиопульсации звезды изменяются (модулируются) неким непонятным процессом с периодом примерно два часа. Стало ясно, что нейтронная звезда вращается не одна: ее движение периодически отклоняет неизвестный спутник. Ученые рассчитали, что объекты расположены довольно близко друг к другу, их разделяет всего 600 тыс. километров. Сама «темная лошадка» невелика, она всего в пять раз больше Земли. По отклонениям в движении пульсара ученые вычислили, что, несмотря на малый радиус, компаньон сравним по массе с Юпитером. «Огромная плотность планеты (22 г/см3) дала нам ключ к пониманию его природы», -- рассказал профессор Бейлс.
Звезду ободрали до планеты
Ученые считают, что сверхплотный компаньон – все, что осталось от когда-то старой звезды, вращавшейся в паре с нейтронной. Раздувшаяся в конце своей жизни звезда отдала большую часть массы нейтронной звезде, раскрутив ее до бешеной скорости. «Нам известно несколько похожих систем, называемых сверхкомпактными маломассивными рентгеновскими двойными, которые эволюционируют по подобному сценарию, и, похоже, являются предшественниками таких систем, как PSR J1719-1438», -- пояснил соавтор исследования Андреа Поссенти (Andrea Possenti). Однако в случае PSR J1719-1438 пульсар оказался настолько близок с несчастной звездой-соседкой, что ободрал как липку не только ее, но и сверхплотный белый карлик, оставшийся от нее. Так, от солнцеподобной звезды осталась углеродная планета с плотностью платины и массой менее одной десятой процента исходной первоначальной массы.
Она, действительно, алмазная
Астрономы рады, что впервые смогли обнаружить принципиально новый тип объектов во Вселенной.
«PSR J1719-1438 показал, что в процессе эволюции двойных пульсаров могут возникнуть особые условия, которые заставляют звездные компаньоны превращаться в экзотические планеты, не похожие ни на что во Вселенной. Химический состав, давление и размеры убеждают нас в том, что такие объекты кристаллические, то есть – алмазные», -- заключили авторы исследования, опубликованного в Science.
Космическая фантастика всегда была одним из самых захватывающих жанров – как в литературе, так и в кино. Казалось бы, фантазия авторов безгранична, и давно вышла за пределы реальности. Однако новые открытия, сделанные в глубинах космоса, доказывают, что во Вселенной возможно даже то, о чем мы никогда не догадывались и не представляли себе даже в фантазиях. К примеру, экзопланеты – такие разные, невероятные и удивительные.
Планета каменных снегов
Астрономы дали ей весьма скучное название — CoRoT-7b, а ведь на этой уникальной экзопланете идут каменные снегопады – в буквальном смысле этого слова. Секрет таких оригинальных осадков кроется в фантастической разнице температур на ее поверхности.
Звезда нагревает обращенную к ней сторону CoRoT-7b до 2200 0 С, при таких показателях кипит и выпаривается даже лава. В это время обратная сторона планеты остывает до -210 0 С. Когда CoRoT-7b поворачивается вокруг своей оси, в ее атмосфере конденсируются каменные облака, которые впоследствии выпадают настоящими ливнями из крупных валунов и камушков.
Уголок стеклянных дождей
Экзопланеты могут «порадовать» космического путешественника (если таковой на них заглянет) не только таким сюрпризом, как глыбы камней, падающие с небес. Вместо привычной воды в качестве осадков может выпадать и… стекло. Неподалеку от нашей родной планеты разместилась HD 189733b, которая по праву может называться «уголком стеклянных дождей».
Все дело в том, что на поверхности HD 189733b постоянно дует «легкий» ветерок, средняя скорость которого 8500-8700 км/ч. В это же время раскаленная атмосфера этой «уютной» планеты производит частицы стекла из диоксида кремния. Вечный ураган не дает стеклышкам упасть на поверхность, поэтому они с фантастической скоростью летят по ветру, мгновенно разрезая на мелкие кусочки все, что встречается на пути.
Алмазная планета
Когда речь идет о космосе, даже самые романтические и необычные названия вовсе не требуется заключать в кавычки. И если говорится об алмазной планете, то так оно и есть – экзопланета действительно состоит из алмаза плюс немного углерода и кислорода. Однако в спешке надевать скафандр и лететь туда, чтобы «отпилить» немного на украшения пока не стоит. Во-первых, лететь придется очень долго и невероятно далеко. Расположилась драгоценная планета PSR J1719-1438 b в 4 тысячах световых лет от нашей Солнечной системы.
Во-вторых, вряд ли даже самый отважный астронавт выдержит местную гравитацию, при которой материя превращается в алмаз. Астрономы исследовали систему, в которой кружится драгоценная PSR J1719-1438 b и с удивлением обнаружили, что вращается гигантский алмаз вокруг миллисекундного пульсара. Такие объекты – большая редкость даже в необъятной Вселенной.
Это открытие позволило воссоздать историю алмазной планеты. Вероятнее всего, когда-то очень давно (даже по астрономическим меркам), в этой системе не было ни миллисекундного пульсара, ни экзопланеты из алмаза. А было в ней две звезды: одна яркая и массивная, а вторая – «неприметный» белый карлик. Срок жизни гигантских звезд недолог – всего несколько сотен миллионов лет, а их «смерть» — вселенское событие. Угасая гиганты превращаются в сверхновые. Этот гигант после стадии сверхновой перешел в новое качество, став «космическим вампиром» и начал поглощать материю у своего «соседа» — белого карлика. Сейчас от его массы осталась едва ли десятая часть, а мощная гравитация и давление миллисекудного пульсара, которым стала когда-то яркая звезда, белый карлик стал гигантским алмазом. Все как в настоящем звездном детективе – дружба, смерть и, конечно же, бриллианты.
В созвездии Рака возле звезды 55 Cancri астрономы обнаружили одну интересную экзопланету. Прежде ее считали газовым гигантом вроде Нептуна, однако последние исследования показали, что это не так. Данная планета является углеродной, и, соответственно, большая часть ее мантии состоит из алмазов. Они весят в два раза больше, чем планета Земля!
Созвездие Рака — одно из заурядных неярких созвездий. На небесном параде ее довольно тусклая "клешня" не привлечет вашего внимания. Однако есть в этом созвездии звездочка 55 Рака (55 Cancri, 55 Cnc) — солнцеподобная звезда, у которой имеется пять открытых экзопланет. Так что на сегодняшний день она занимает третье призовое место по количеству точно установленных объектов данного типа!
В мае 2011 года были проведены прямые измерения углового диаметра звезды 55 Cancri с помощью телескопа CHARA. Он оказался равен 0,711±0,004 угловых миллисекунд, что на расстоянии 12,3 парсек соответствует радиусу 0,943 ± 0,01 солнечных радиусов, а расстояние до этой звезды составляет 40,9 световых лет. 55 Cancri представляет собой желтый карлик G8V, она видна невооруженным глазом (звездная величина 5,95, а светимость составляет 0,6 солнечной). Звездная система 55 Cancri на самом деле двойная, и у желтого карлика имеется сосед — тусклый красный карлик, отстоящий от компаньона на 1100 астрономических единиц.
6 июля 2003 года к звезде 55 Cancri при помощи радиотелескопа РТ-70, что находится в Евпатории (Украина), радиоастрономы-земляне отправили радиопослание Cosmic Call, которое прибудет по адресу в мае 2044 года! Человечество ищет там братьев по разуму, потому что среди пяти экзопланет имеется одна "суперземля" 55 Рака е, открытая в 2004 году. Среди известных объектов подобного типа она является одной из самых близких к Земле "суперземель"! Ее масса превышает земную примерно в 8,6 раза, а ее диаметр вдвое больше диаметра Земли. А вот значения плотности у Земли и этой экзопланеты весьма и весьма близки.
Недавнее исследование, проведенное в Йельском университете (США), описывает "суперземлю" 55 Рака е как типичную углеродную планету. Следует заметить, что до этого момента подобный класс экзопланет обсуждался только как теоретически возможный. "Это первый взгляд на скалистый мир с химией, фундаментально отличающейся от земной. Поверхность планеты скорее покрыта графитом и алмазами, нежели водой и гранитом", — подчеркивает ведущий автор работы профессор Никку Мадхусудхан . Вот такая необычная картина открывается нашему воображению благодаря стараниям астрофизиков.
Климат на 55 Рака чрезвычайно жаркий: на освещенной стороне температура достигает примерно 2 тысяч кельвинов — и все из-за небольшого расстояния до местного светила, оцениваемого в 0,01560 ± 0,00011 астрономической единицы. Период обращения экзопланеты вокруг своей оси — 0,74 земных суток.
Теперь старая версия о том, что данная экзопланета является горячим газовым гигантом типа Нептуна, считается несостоятельной. После определения радиуса планеты (заметим, весьма небольшого) и ее значительной плотности стало очевидно, что это одна из первых планет, о которой можно уверенно заявить, чтоона является углеродной. Любопытно, эту подсказку дала сама звезда 55 Cancri — в ее химическом составе очень мало кремния и много углерода (кстати, у Солнца ничего подобного нет).
На поверхности 55 Рака e, если судить по спектральным наблюдениям, почти не выявлено следов воды. Следовательно, она по своему составу очень далека от Земли, которая представляет собой планету-океан, чья поверхность почти сплошь покрыта водой и под чьей корой бурлит жидкая силикатная мантия. У данной же экзопланеты мантия состоит, по-видимому, из углерода, на который приходится до трети ее массы. С учетом огромных температур и давления во внутренних слоях, скорее всего, ее составляют сплошные алмазы. На Земле, как мы знаем, эти камни изыскивают только в кимберлитовых трубках — специфических местах их рождения, а на 55 Рака e они находятся везде под ее поверхностью. Предполагается, что алмазов там по массе вдвое больше, чем весит вся Земля!
Обнаружение первой углеродной планеты открывает широкие горизонты химического разнообразия планет, по размерам сходных с Землей. Теперь очевидно, что экзопланеты разнообразны — вопрос лишь в том, как их химия может влиять на происходящие процессы. И поскольку большинство наблюдаемых желтых карликов ближе по составу к Солнцу, чем к 55 Рака, то она является редчайшим примером сверхметалличной звезды, возле которой и возможно появление данного "чуда". Тем не менее, из-за невообразимого обилия звезд в Галактике вполне можно предположить наличие миллионов углеродных планет!
Возможно, их счет увеличится до миллиардов, если будут открыты звезды со множеством экзопланет — ведь всего одна неприметная звезда 55 Рака имеет как минимум пять планет. Более того, предполагается еще наличие двух дополнительных, пока не подтвержденных объектов планетного типа в этой системе. Вопросы о магнитном поле на таких планетах, о тектонике плит их коры обсуждается с определенным скепсисом. В их мантии должна отсутствовать текучесть вещества — а ведь это необходимое условие магнитного "динамо" и движения плит поверхности.
Вопрос же возникновение жизни в столь экзотических мирах чрезвычайно интригует ученых. Ведь для форм жизни, подобных представителям земной биоты, нужна водная среда, уникальный температурный режим, обилие химических элементов и их соединений, мощная атмосфера и магнитосферный щит, предохраняющие от губительных излучений. В разнообразнейших экзопланетных мирах на более далеких от солнц углеродных планетах — таких, как спутники экзопланет (например, 55 Рака f), на поверхности которых вода может существовать в жидком виде — условия для возникновения уникальных форм жизни вполне могут быть. Не следует также отрицать возможность находки точной копии земного шара с его биологическим разнообразием.
