Невозможно быть ближе

Международная группа астрономов заявила об открытии экзопланеты Proxima b у ближайшей к Солнцу звезды — Проксимы Центавра. Планета совершает полный оборот вокруг красного карлика за 11,2 дня и находится в обитаемой зоне звезды. Минимальная масса Proxima b составляет 1,27 массы Земли, радиус небесного тела установить не удалось. О находке ученые рассказали на пресс-конференции в штабе Южной европейской обсерватории (Гархинг, Германия), исследование будет опубликовано в журнале Nature (препринт).

Для поиска экзопланеты астрономы использовали метод анализа лучевых скоростей. При вращении массивная планета увлекает за собой звезду, что изменяет скорость ее движения в пространстве. К примеру, когда планета оказывается ближе к Земле, она ускоряет звезду относительно астрономов, а когда дальше — замедляет. Это сказывается на спектре ее света благодаря эффекту Доплера. Простейшей аналогией будет изменение звука мотоцикла при приближении и удалении от наблюдателя. Для того чтобы заметить небольшие колебания спектральных характеристик, ученые использовали сверхточные спектрометры HARPS и UVES, установленные на телескопах Южной европейской обсерватории.

Первым признаком того, что у Проксимы Центавра может быть экзопланета, стал анализ архивных данных UVES и HARPS, собранных до 2016 года. Астрономы заметили периодичность смещений спектра, соответствовавшую амплитуде колебаний скорости объекта около пяти километров в час. Сигнал указывал на экзопланету с периодом обращения 11,2 суток, однако обладал низкой статистической значимостью.

С 19 января по 31 марта 2016 года астрономы почти каждую ночь проводили измерения, чтобы собрать большую статистику данных. Проанализировав вместе данные старых и новых наблюдений, ученые получили достоверный сигнал от экзопланеты. Вероятность того, что сигнал является случайной флуктуацией шума, — один случай на 70 миллионов.

Астрономы исключили вероятность того, что периодичность сигнала вызвана самой Проксимой — для этого за ее «поведением» следили с помощью независимого телескопа ASH2. Так астрономам удалось заметить колебания яркости, связанные со вспышками на звезде. Стоит отметить, что собственный период вращения красного карлика составляет 83 дня.

На основе данных о периоде обращения и массе Проксимы Центавра астрономы определили минимальную массу экзопланеты, а также расстояние между ней и звездой. Оказалось, что Proxima b (такое название используют авторы открытия) по меньшей мере в 1,27 раза массивнее Земли и находится в 20 раз ближе к центральному светилу системы. Статистика исследования экзопланет позволяет предположить, что небесное тело относится к земному типу планет.

По оценкам  исследователей, планета находится в обитаемой зоне звезды — области, где тепла достаточно для существования жидкой воды. Для Проксимы эта область соответствует планетам с периодами обращения от 4 до 15 дней. Если у Proxima b нет атмосферы, то ее равновесная температура оценивается в –40 градусов по Цельсию; для Земли та же оценка дает порядка –20 градусов.

Сама возможность обитаемости планет, располагающихся так близко к звездам, довольно дискуссионна. Против нее играют такие факторы, как рентгеновские вспышки в 400 раз мощнее, чем у Земли (из-за близости к звезде), сильное магнитное поле звезды и приливный захват, приводящий к тому, что планета повернута к Проксиме только одной стороной. Как сообщили ученые на пресс-конференции, нет причин исключать возможность существования на Proxima b атмосферы. Определить же ее наличие напрямую с имеющимся набором данных невозможно.

Еще одним фактором, влияющим на возможность существования атмосферы, является происхождение планеты. Астрономы отмечают, что Proxima b вряд ли могла возникнуть из протопланетного диска так близко к звезде — для этого масса планеты слишком велика. Если Proxima b, будучи почти сформированной, мигрировала из областей за «снеговой линией» протопланетного диска, — то есть оттуда, где могут существовать водные льдинки, — то, скорее всего, в ней есть много летучих веществ, способных подпитывать атмосферу. Если же она образовалась из мигрировавшей «гальки», то следует ожидать, что экзопланета будет довольно сухой.

Астрономы не исключают, что у Проксимы Центавра есть еще одна или несколько планет. На это указывают дополнительные пики в анализе периодичности доплеровского сигнала. Они статистически значимы, но этого еще недостаточно для доказательства существования планеты — требуется дополнительный анализ и сбор статистики.

Проксима Центавра — одна из трех звезд системы Альфа Центавра. Она обладает массой в 8,3 раза меньше, чем у Солнца, а ее температура составляет 2800 кельвинов — в два раза меньше, чем у нашего светила. Красный карлик располагается в 4,23 светового года от Земли и является самой близкой к нам звездой. Измерения его лучевой скорости показывают, что он движется к нашей системе со скоростью 21,7 километра в секунду. Две другие звезды тройной системы — A и B Альфы Центавра — располагаются на 15 тысяч астрономических единиц дальше от Солнца. Вместе они сливаются в третью по яркости звезду для наблюдателя ночного неба.

Радиальная скорость — не единственный способ поиска экзопланет. Так, для исследований Проксимы использовался метод микролинзирования. Он основан на следующем явлении: когда свет проходит вблизи массивного тела, он отклоняется от исходной траектории, что можно заметить с помощью телескопа. Как отметили авторы работы на пресс-конференции, данные о результатах этих поисков все еще не опубликованы, а сами наблюдения начались в феврале 2016 года.

Кроме того, есть и более известный метод — транзитный. Когда планета проходит перед диском звезды, она на некоторое время ослабляет поток идущего от звезды света. С помощью этого метода «Кеплер» открыл свыше тысячи экзопланет. Поисками транзитов на Проксиме занимается сейчас сразу несколько групп астрономов. Транзитный метод позволяет получить много дополнительных данных, в частности о размерах планеты.

12 апреля 2016 года о своих планах отправить беспилотную миссию к системе Альфы Центавра заявили известный физик Стивен Хокинг и российский миллиардер Юрий Мильнер. Проект получил название Breakthrough Starshot и предполагает использовать несколько тысяч миниатюрных наноспутников, разгоняемых парусами на давлении солнечного света. Представители проекта также выступили на конференции, отметив, что новое открытие воодушевило ученых, работающих над проектом. Отметим, что ранее в адрес Starshot звучала резкая критика.

Новость об обнаружении экзопланеты нашему изданию прокомментировал Александр Родин, директор Физтех-школы аэрокосмических технологий, руководитель лаборатории прикладной инфракрасной спектрокопии МФТИ. «Открытая планета относится к тому же классу, что и Земля, более того, находится у самой ближайшей к нам звезды. Всего лишь 25 лет назад мы вообще не знали, что есть планеты вне нашей Солнечной системы. А последнее открытие как раз говорит о том, что планеты рядом с другими звездами — достаточно распространенное явление во Вселенной. Тем более что Проксима Центавра — это так называемый красный карлик, а это один из самых распространенных типов звезд в галактике. Значит, и подобных планет в ней должно быть очень много».

По словам Сергея Попова, ведущего научного сотрудника ГАИШ МГУ, самое интересное в новом открытии то, что Proxima b должна стать важной целью для следующего поколения телескопов. «Proxima b будет очень интересной мишенью для следующего космического телескопа (телескопа Джеймса Уэбба), который должен отправиться на орбиту в ближайшие два-три года. И, конечно, ее будут исследовать с помощью крупных наземных телескопов следующего поколения. С существующими сегодня инструментами мы, скорее всего, не сможем сделать следующий важный шаг — «рассмотреть» атмосферу этой экзопланеты. По всей видимости, для этого понадобятся обсерватории вроде E-ELT (строительство обсерватории началось в прошлом году в Чили — прим. редакции). Она должна заработать примерно в 2022 году. Возможно, какие-то сведения о химическом составе экзопланеты даст уже следующий космический телескоп, который начнет наблюдения в 2018 году».

Что касается возможности существования жизни на планете, то пока о ней можно говорить с осторожностью: «Обычно считается, что красные карлики — не самые подходящие звезды для жизни. Это связано с их большой активностью. Чтобы планета попадала в зону обитаемости, она должна быть близка к звезде, и там частые и мощные вспышки (чаще и мощнее, чем на Солнце) могут быть губительны для жизни. Авторы упоминают все эти сложности, но ссылаются в первую очередь на исследования, показавшие, что и у красных карликов можно надеяться обнаружить обитаемые планеты. Так что надежда остается, хотя шансы и невелики» — резюмирует Сергей Попов.

Владимир Королёв