Номер 2-6, 2013

Межзвездная мозаика

Вселенная старше

Георге Ефстафиу из Кембриджского университета от лица группы учёных, работающих с космическим телескопом «Планк», объявил итоги общего «картографирования Вселенной».

«Планк» отправился на небеса в мае 2009 года, чтобы просканировать небесную сферу в поисках точных данных об интенсивности и особенностях реликтового излучения.

Как отмечают авторы работы, полученные данные позволили уточнить значение постоянной Хаббла – скорости расширения Вселенной в данный момент её истории. Теперь она оценивается в 67,15 км в секунду на мегапарсек. Иными словами, два объекта, разделённые примерно 3,26 млн световых лет, разлетаются благодаря расширению Вселенной со скоростью в 67,15 км в секунду.

Именно постоянная Хаббла в рамках текущей космологической модели позволяет вычислить возраст Вселенной. После уточнения скорости нынешнего расширения возраст Вселенной считается равным 13,81 млрд лет, что на несколько десятков млн лет больше, чем предполагалось ранее.

Уточнены пропорции обычной (барионной) и тёмной материи в мироздании: первой принадлежат 4,9% по массе, а тёмной – 26,8%, то есть чуть больше, чем считалось. Остальное приходится на тёмную энергию, отвечающую за ускорение расширения Вселенной.

Одним из самых неожиданных результатов наблюдения стало то, что, согласно новым снимкам реликтового изучения, его температура в разных «полушариях» Вселенной различается. Это противоречит тезису об изотропности Вселенной, то есть одинаковости её физических свойств во всех направлениях.

Шаг за горизонт

Межпланетный зонд Voyager-1 преодолел границу Солнечной системы и стал первым объектом, вышедшим в межзвездное пространство.

Границей Солнечной системы считается так называемая гелиосфера – «пузырь», заполненный солнечным ветром. За его пределами начинается межзвездное пространство, свойство которого уже не зависит ни от магнитного поля, ни от потока заряженных частиц, исходящих от Солнца.

Voyager-1 в свой полет отправился еще в 1977 году вместе с «коллегой» Voyager-2. Целью их запуска было изучение Юпитера и Сатурна. Первые качественные фотографии этих планет были сделаны именно этими аппаратами. Однако после выполнения первоначальных задач спутники перенаправили в разные части гелиосферы.

За 35 с гаком лет Voyager-1 удалось преодолеть 18 млрд км. Сейчас его скорость – 10 км/сек.

Шанс на обитаемость

Первая потенциально обитаемая планета за пределами Солнечной системы обнаружена более трех лет назад у небольшой звезды, находящейся в 20 световых годах от Земли в созвездии Весов. Ученые предполагают, что поверхность планеты покрыта скалами и камнями, а сила притяжения достаточно велика для существования атмосферы.

Об открытии тогда заявили астрономы из университета Калифорнии в Санта-Круз и Института Карнеги в Вашингтоне. В результате десятилетних наблюдений с помощью одного из крупнейших наземных телескопов в обсерватории Кека на Гавайях группа астрономов обнаружила у звезды-красного карлика Gliese 581 планету с твердой поверхностью, попадающую в так называемую «зону жизни». По мнению ученых, одно из главных условий для возникновения жизни –  наличие на планете жидкой воды. Так как жидкая вода существует в небольшом диапазоне температур (он и называется «зоной жизни»), ученые способны «предсказать» ее наличие, исходя из расстояния до звезды.

Новому небесному телу присвоено название «581 G». Оно в 3–4 раза тяжелее нашей планеты, период обращения вокруг звезды составляет около 37 земных суток. Оценивая массу тела, ученые предположили, что поверхность «581 G» покрыта скалами и камнями, а сила ее притяжения достаточно велика для существования атмосферы. При этом они отмечают, что наличие всех этих условий не обязательно означает, что планета пригодна для обитания человека.

– Самое важное – это статистика: обнаружить не одну Землю, а сотни. Этого мы будем добиваться по мере того как будет продолжаться миссия «Кеплер», так как она была предпринята для обнаружения множества землеподобных планет, – отметил Уильям Боруки, ведущий исследователь миссии.

На горячем Юпитере

Группа астрономов из Великобритании и Испании измерила температуру на «горячем Юпитере» WASP-33b.

Обнаруженная транзитным методом экзопланета расположена в 378 световых годах от Земли в созвездии Андромеды; один оборот вокруг своей звезды она совершает за 1,22 дня. Такие планеты становятся кандидатами на детальное исследование и наблюдение за тем, как они проходят за диском звезды, скрытые ею; результаты этих наблюдений позволяют зарегистрировать тепловое излучение и оценить яркостную температуру (температуру абсолютно чёрного тела соответствующего углового размера, которое даёт такой же поток излучения на заданной длине волны).

В случае WASP-33b рабочая длина волны находилась в ближней ИК-области спектра и составляла 0,91 мкм. Следил за перемещениями планеты установленный на Канарских островах Телескоп им. Уильяма Гершеля.

По данным авторов, на 0,91 мкм «яркость» WASP-33b составляет (0,090 ± 0,016) процентов от показателей её родной звезды. Эти цифры трансформируются в рекордно высокую для экзопланеты яркостную температуру, равную (3 466 ± 130) K.

Астрономы также зарегистрировали сложные и мультипериодические пульсации звезды WASP-33, которые успешно моделировались с использованием трёх синусоид с разными амплитудами и периодами в 42, 53 и 76 минут.

Рождение планеты

Международной группе астрономов под руководством Саши Кванца из Швейцарской высшей технической школы Цюриха при помощи телескопа Very Large Telescope, возможно, удалось впервые напрямую наблюдать формирующуюся планету. Ранее представления учёных об образовании планет в основном строились на компьютерных моделях. Если предположение специалистов подтвердится, это открытие может значительно улучшить понимание процесса образования планет и позволит астрономам проверить наблюдениями существующие теории.

Астрономы изучили газо-пылевой диск вокруг молодой звезды HD100546, которая находится на расстоянии 335 световых лет от Земли. Неожиданно обнаружилось, что находящийся внутри плотного газо-пылевого диска объект, который они наблюдают, является, по-видимому, планетой в процессе её формирования, ещё погружённой в диск вокруг молодой звезды. Эта планета должна превратиться в газовый гигант, похожий на Юпитер.

В соответствии с современными теориями, гигантские планеты образуются путём конденсации части газо-пылевого облака, оставшегося после образования звезды. Текущие наблюдения за предполагаемой протопланетой свидетельствуют в пользу такой версии.

Малышка среди прочих

Группа астрономов под руководством Томаса Барклая из Исследовательского центра Эймса, ведущего наблюдение за системой Kepler-37, обнаружила экзопланету, размер и масса которой сопоставимы с размером и массой Луны.

Открытая экзопланета, получившая название Kepler-37b, – пока самая маленькая из планет, обнаруженных за пределами Солнечной системы. Большинство экзопланет, которые сейчас известны, – это газовые гиганты.

Kepler-37b, а также две другие открытые учёными экзопланеты – Kepler-37c и Kepler-37d, – находятся на расстоянии 215 световых лет от Земли. Kepler-37d по размерам в два раза больше Земли, а Kepler-37c чуть меньше Венеры. Исследователи полагают, что Kepler-37b – планета с каменистой поверхностью без воды и атмосферы.

Теперь их сотни

Жан Шнайдер из обсерватории Париж – Медон ведет  «Энциклопедию внесолнечных планет». Другой подобный справочник – PlanetQuest: Атлас новых миров – находится в ведении Лаборатории реактивного движения НАСА. В досье у соперников число искомых планет давно перевалило за тысячу. Разница – практически в сотню объетов – свидетельствует о неопределённости, играющей значительную роль в обнаружении экзопланет и подтверждении открытий.

Астрономы впервые нашли чужой мир в 1992 году, когда были открыты две планеты, которые обращаются вокруг нейтронной звезды (пульсара), удалённой от Земли примерно на тысячу световых лет. Первая планета у «нормальной» звезды (то есть у звезды главной последовательности) попала в поле зрения астрономов в 1995 году.

Количество, конечно,  здесь не главное. Поиск экзопланет призван понять природу и разнообразие миров нашей Галактики и за её пределами. Разнообразие, судя по всему, огромное. Например, найдена планета лёгкая, как пенопласт, и планета плотнее железа. Обнаружен даже мир, находящийся на орбите сразу двух солнц (Татуин).

Самое интересное – это обнаружение нескольких планет, расположенных в обитаемых зонах своих звёзд, где может существовать жидкая вода.

В конце концов, космическая обсерватория НАСА обнаружила систему из шести экзопланет, обращающихся вокруг звезды Kepler-11.

Стоит напомнить, что «Кеплер» ориентирован на поиск экзопланет транзитным методом (по уменьшению светимости звёзд в те моменты, когда некие объекты проходят на их фоне). В поле наблюдения обсерватории попадает около полумиллиона светил, но она отслеживает изменения яркости «всего» 156 000 звёзд.

Теперь общее количество потенциальных планет возросло до полутора тысяч. Из них 68 по размеру примерно соответствуют Земле, 288 относятся к категории «суперземель», 662 имеют радиус, сопоставимый с радиусом Нептуна, 165 предполагаемых планет могут сравниться с Юпитером, а ещё 19 –  превосходят его по величине. Пятьдесят четыре кандидата находятся в так называемой обитаемой зоне своих звёзд, причём радиус пяти таких объектов близок к земному.

Группа из 170 звёзд, у которых были отмечены не отдельные планеты, а признаки существования целых систем, привлекает особое внимание. В эту группу вошёл и жёлтый карлик Kepler-11, отстоящий от нас на 2 000 световых лет. Удалённость звезды помешала провести исследования по стандартной методике доплеровской спектроскопии, которые позволяют проверить данные «Кеплера» на мощных наземных телескопах и оценить массу экзопланет. Проблема решена путём длительных наблюдений из космоса: зарегистрировав незначительные колебания орбитального периода планет, вызванные, очевидно, их гравитационным взаимодействием друг с другом, учёные составили модель системы Kepler-11 и определили наиболее вероятные характеристики её компонентов.

Как оказалось, массы пяти «внутренних» экзопланет системы попадают в диапазон от 2,3 до 13,5 земной. Их орбитальные периоды варьируются от 10 до 47 дней, а значит, все пять могут разместиться в области, ограниченной орбитой Меркурия. Шестая планета имеет неопределённую массу и находится на большем удалении от звезды, совершая один оборот вокруг неё за 118 дней. Радиусы планет лежат в интервале от 2 до 4,5 земного.

– Система Kepler-11 удивительно компактна, содержит большое число планет, приближенных к звезде, а орбиты всех её компонентов лежат строго в одной плоскости, –  резюмирует участник работ Джек Лиссауэр, представитель НИЦ Эймса. –  Конечно, звёзды с такими планетными системами будут встречаться очень редко. Но оценить эту вероятность, изучив лишь один объект такого типа, мы не можем. Kepler-11 отличается ещё и тем, что все её экзопланеты уступают Земле по плотности вещества и должны быть структурированы, как ледяные или газовые гиганты.

Порог обитаемости

Однако, согласно расчётам ученых Хеллера и Барнса, спутник должен иметь массу примерно равную массе Земли, чтобы поддерживать атмосферу и магнитное поле, отражающие смертельную для всего живого радиацию от соседней гигантской планеты. Этому требованию нелегко удовлетворить. Так, например, масса спутника Юпитера, самого большого спутника Солнечной системы, составляет примерно 2% от массы Земли.

Чтобы облегчить поиск спутников, пригодных для жизни, Хеллер и Барнс изобрели новое понятие – порог обитаемости, то есть минимальное расстояние между планетой и её спутником, при котором на данном спутнике возможна жизнь.

У ряда учёных данное открытие вызвало определённый скепсис. Связано это с тем, что астрономам необходимо специальное оборудование для исследования поверхности спутника на наличие воды, углекислого газа и других признаков жизни.

Алма ищет контакты

В марте начал работу самый крупный на данный момент телескоп «Алма».

На его строительство было выделено более $1,3 млрд. Что касается его конструкции, то здесь задействовано несколько десятков специальных параболических антенн.

«Алма» расположен в пустыне Атакама, которая считается одним из самых сухих мест на Земле. Здесь практически не бывает осадков, небо всегда ясное и чистое. Это позволит ученым получать точные данные о галактиках, которые максимально удалены от нашей планеты. 

К началу ^