Космическая мистерия. Гигантский мотылек-сирота пролетел мимо свечи*

Этой истории уже шесть лет, но она так и остается загадкой. У меня, похоже, есть за пазухой правдоподобный ответ, посмотрим, подтвердится ли он.

В 1999 году стартовал проект WASP — Wide Angle Search of Planets. Проект постепенно рос, к нему добавлялись новые телескопы, в 2004 году он превратился в Super-WASP. Телескопы проекта периодически фотографируют всё небо, измеряя яркость миллионов звезд; этот метод заточен на обнаружение транзитов планет — событий, когда далекая планета проходит по диску своей звезды и яркость последней немного падает. Полученные данные хранятся в общедоступном архиве, как это принято в астрофизике. С помощью данных WASP открыто 118 новых экзопланет и подтверждено около 2700, открытых другими инструментами.

Но в данных WASP нашли нечто более интересное, чем очередные экзопланеты. В 2011 году группа астрономов (Mamajec et al., 2012) нашла в данных WASP за 2007 год уникальное явление. Звезда с «телефонным номером» 1SWASP J140747.93−394 542.6 (сокращенно J1407) на протяжении десятков дней сначала гасла рывками, потом на несколько дней погасла почти до нуля, затем ее яркость стала симметрично, тоже рывками подниматься (рис. 1). Всё явление продолжалось 56 дней, перед тем и после того звезда светила без каких-либо выкрутасов. Расстояние до звезды — 434 световых года (130 парсек).

Существует лишь одна интерпретация этого явления: на фоне звезды прошествовала гигантская планета с огромной системой колец. Самой планеты при транзите не было видно. Кроме кривой блеска звезды, показанной на рис. 1, нижняя панель, никаких данных о явлении нет, но сама кривая достаточно красноречива, чтобы отсеять любые другие объяснения. С этой точки начинается «детективное расследование», обернувшееся мистерией.

Рис. 1. Транзит колец через звезду 1SWASP J1407. Нижняя панель: кривая блеска звезды. По горизонтали — юлианские дни, по вертикали — доля от полной яркости. Красные точки — измерения, зеленая кривая — результат подгонки, красные точки снизу — остаточные отклонения. Верхняя панель: подгоночная модель колец, насыщенность цвета отражает плотность. Серые кольца: нет данных. Зеленая прямая: трек звезды; ширина линии соответствует ее размеру. Из статьи Rieder&Kenworthy (2016)
Рис. 1. Транзит колец через звезду 1SWASP J1407. Нижняя панель: кривая блеска звезды. По горизонтали — юлианские дни, по вертикали — доля от полной яркости. Красные точки — измерения, зеленая кривая — результат подгонки, красные точки снизу — остаточные отклонения. Верхняя панель: подгоночная модель колец, насыщенность цвета отражает плотность. Серые кольца: нет данных. Зеленая прямая: трек звезды; ширина линии соответствует ее размеру. Из статьи Rieder&Kenworthy (2016)

Исходя из кривой блеска вырисовывается модель колец и их транзита (рис. 1, верхняя панель, Kenworthy&Mamajek, 2015): почти полное затмение звезды длиной шесть дней в центре объясняется тем, что звезда скользила вдоль плотного кольца (хотя это не исключает, что есть еще кольца меньшего размера).

По скорости падения и возрастания блеска звезды можно установить минимальную скорость колец относительно звезды — около 33 км/с. Отсюда минимальный размер системы колец 1,2 астрономической единицы (а. е.) в диаметре. В кольцах есть несколько щелей: исследователи единодушны в том, что эти щели «проедены» спутниками, причем одна из щелей довольно велика — там вполне может расположиться спутник, сравнимый по массе с Землей. Это дало основание заявить о косвенном открытии спутника экзопланеты. А дальше начинаются проблемы.

Если «хозяин колец» — объект J1407b — действительно экзопланета, т. е. гравитационно связан со звездой 1SWASP J1407, двигаясь по кеплеровской орбите, то он обязан приближаться к звезде ближе, чем на 2 а. е., иначе скорость 33 км/с недостижима. При этом, чтобы добиться нужной скорости, орбита J1407b должна быть довольно сильно вытянута. Между тем диск радиусом 0,6 а. е. заполнит сферу Хилла любой планеты, когда она подходит к звезде ближе, чем на две астрономические единицы. (Сфера Хилла — расстояние от планеты, на котором ее спутник теряет связь с планетой и переходит на орбиту вокруг звезды.) Единственный выход — предположить, что это не планета, а бурый карлик массой больше 20 MJ (напомним, что граница, разделяющая планеты и бурые карлики, лежит вблизи 13 MJ).

Рис. 2. Так выглядел бы объект J1407b на земном вечернем небе, если бы он находился на месте Сатурна. Рисунок с сайта M. Kenworthy
Рис. 2. Так выглядел бы объект J1407b на земном вечернем небе, если бы он находился на месте Сатурна. Рисунок с сайта M. Kenworthy

Хуже того: в более поздней работе (Rie­der&Kenworthy, 2016) утверждается, что подобная структура может выжить только при массе J1407b от 60 до 100 MJ, и то только при обратном вращении колец. Но это уже не планета, это полноценный красный карлик, вклад которого должен быть различим в спектре звезды 1SWASP J1407. Более того, такая «планета» заставила бы звезду двигаться по орбите вокруг общего центра тяжести с огромной, переменной по направлению скоростью 2−3 км/с, легко измеряемой самыми примитивными спектрометрами. Такого не наблюдается. Объект J1407b в каталоге экзопланет openexoplanetcatalogue.com охарактеризован как противоречивый.

Скорей всего, загадочный объект J1407b не имеет никакого отношения к звезде 1SWASP J1407. Видимо, это свободно летающая планета-сирота с большими кольцами. Kenworthy&Mamajek (2015) рассматривают этот вариант и отвергают его, приводя два аргумента: (1) — вероятность такого события чрезвычайно мала, так как среднее проекционное расстояние звезд — в пределах 130 парсек порядка 1000 а. е., а размер колец меньше 1 а. е. (2) — такие кольца за большое время странствий планеты-сироты должны исчезнуть, превратившись в спутники.

Аргумент (1) попросту неверен. Если приведенная выше оценка среднего проекционного расстояния правильна и справедлива также и для планет-сирот, то вероятность совпадения объекта в пределах 0,5 а. е. с данной звездой в данный момент времени — 0,25×10−6. Мало, но если мы возьмем не данный момент, а 10 лет наблюдений, то планета-сирота пройдет путь 60 а. е. — вероятность увеличивается более чем на два порядка и достигает 0,3×10−4. Всё равно мало, но это для данной звезды. А если не для данной? Обзор WASP отслеживал миллионы звезд. Надо помножить вероятность на несколько миллионов, и получим, что за время обзора сотни планет-сирот прошли на проекционном расстоянии менее 0,5 а. е. от некоторых из отслеживаемых звезд. Одна из них оказалась с роскошными кольцами и спутниками.

Аргумент (2) заслуживает анализа, но, когда есть большой запас в количестве подобных событий, он вряд ли силен (есть ряд факторов, препятствующих образованию крупных тел из мелких обломков) и уж точно слабей аргументов против гравитационно связанной планеты.

Правда, такая сирота не должна быть бурым карликом или очень большой молодой планетой — ее бы увидели по собственному свечению, как планеты системы HR8799. Для ориентации: если планета имеет возраст 16 млн лет (как 1SWASP J1407), то она должна быть легче 8MJ. Число планет-сирот в Галактике порядка 100 млрд что сравнимо с числом звезд. Эта оценка получена методом микролинзирования. Планеты-сироты, скорей всего, родились на периферии протопланетных дисков, где некоторые из них вполне могли обзавестись огромными кольцами. Впоследствии они отправились в свободный полет из-за гравитационного взаимодействия либо с соседями, либо с пролетевшей неподалеку звездой.

Мне кажется, версия планеты-сироты с кольцами не только правдоподобней, но и интересней, чем версия авторов открытия. Если, несмотря на все противоречия, их версия верна, то когда-нибудь J1407b пролетит снова на фоне той же звезды. Предсказываемый орбитальный период — от 11 лет и больше. Может быть много больше, но это требует тонкой подстройки параметров орбиты. Пока прошло 12 лет. Могу побиться об заклад, что «мотылек» больше не пролетит.

Борис Штерн


* Спасибо за метафору Сергею Сухову.

  1. Mamajek E. E., et al., 2012, The Astrophysical Journal, 754, L20, arxiv.org/abs/1108.4070
  2. Kenworthy M., Mamajek E. 2015, The Astrophysical Journal, 800: 126, arxiv.org/abs/1501.5 652
  3. Rieder S., Kenworthy M. A. 2016, Astronomy & Astrophysics, vol. 596, arxiv.org/abs/1609.08485v3

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Связанные статьи

avatar
1 Цепочка комментария
0 Ответы по цепочке
0 Подписки
 
Популярнейший комментарий
Цепочка актуального комментария
0 Авторы комментариев
Космическая мистерия. Гигантский мотылек-сирота пролетел мимо свечи* – Журнал "Все о Космосе" Авторы недавних комментариев
  Подписаться  
Уведомление о
trackback
Космическая мистерия. Гигантский мотылек-сирота пролетел мимо свечи* – Журнал "Все о Космосе"

Источник […]

Оценить: 
Звёзд: 1Звёзд: 2Звёзд: 3Звёзд: 4Звёзд: 5 (7 оценок, среднее: 4,71 из 5)
Загрузка...
 
 

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: