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 J140747.93–394542.6 (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 — 0,25х10–6. 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 0,3х10–4. 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/1501.05652
  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 (3 оценок, среднее: 4,67 из 5)
Загрузка...
 
 
 

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: