Оптическая интерферометрия прояснила состав атмосферы экзопланеты
Приемник излучения GRAVITY впервые позволил использовать технику оптической интерферометрии в ближней инфракрасной области для непосредственного наблюдения экзопланеты. Данный метод позволяет объединить возможности нескольких телескопов для получения данных высокого качества. В частности, астрономам удалось изучить исходящий непосредственно от планеты свет, несмотря на то, что излучение близкой звезды мешает этому. Благодаря этому стала возможна оценка параметров ее орбиты и состава атмосферы. Результаты опубликованы в Astronomy & Astrophysics.
На данный момент астрономы обнаружили множество экзопланет и планетных систем, но большинство этих открытий сделаны транзитным методом, при котором исследуются небольшие периодические колебания света при прохождении планеты по диску родительской звезды. Этот метод позволяет оценить период обращения и размер планеты, но ничего не говорит о ее составе. Однако для выяснения физических условий на планетах и истории их формирования необходимо точное определение масс и спектров излучения.
На сегодняшний день существует только два метода, которые позволяют оценить состав и свойства внешней поверхности экзопланет — транзитная спектроскопия и спектроскопия теплового излучения. Первая анализирует прошедший сквозь атмосферы планет свет звезд во время затмения и подходит для объектов на близких к светилам орбитах с раздутыми от нагрева газовыми оболочками. Второй способ можно использовать для определения параметров расположенных вдали от звезд молодых планет, не успевших остыть и потому все еще излучающих собственный свет. Однако порождаемые светилом фотоны могут мешать изучать свет планеты, а их поток флуктуирует в зависимости от условий наблюдений на Земле.
К возможным решениям относится вынесение приемников в космос и использование телескопов с диаметром апертуры порядка 10 метров, но в новом исследовании ученые пошли еще дальше и реализовали наблюдения на всех четырех восьмиметровых телескопах VLT в режиме интерферометра. Эта техника позволяет добиться получения данных, соответствующих телескопу с размером зеркала равным максимальному расстоянию между антеннами, что в случае VLT дает около 100 метров. Данная методика наблюдений требует очень точной временной корреляции данных с разных телескопов, из-за чего ее реализация для высоких частот чрезвычайно сложна. В то же время, в области радиоастрономии интерферометрические наблюдения давно вошли в практику, существует даже наземно-космический интерферометр — в таком режиме работает российский спутник «Радиоастрон» (в данный момент с ним потеряна связь).
Астрономам удалось разделить потоки звезды и планеты в системе HR 8799, расположенной на расстоянии 39 парсек. Данная планета называется HR 8799e, потому что была открыта четвертой, но на самом деле расположена ближе всего к своей звезде: при наблюдении с Земли угол между светилом и экзопланетой составляет всего 370 миллисекунд дуги. Ученые использовали возможности приемника GRAVITY, который собирает свет всех четырех телескопов VLT. Авторам удалось определить координаты звезды примерно в десять раз точнее, чем возможно методами прямых наблюдений. Это позволило не только с высокой точностью выяснить форму траектории (большая полуось 16,4±1,5 астрономических единицы, эксцентриситет 0,15±0,08), но и оценить угол наклона орбиты (25±8 градусов), что не получается сделать другими методами. Ученые сравнили измеренные координаты с предсказаниями динамических моделей данной планетной системы, в которых все тела находятся на стабильных орбитах, расположенных строго в одной плоскости. Эти данные позволяют полностью опровергнуть эти модели.
Также ученые получили спектр объекта с разрешением в 500 единиц и отношением сигнал/шум равным 5. В нем сразу выделяется линия угарного газа и отсутствие признаков наличия метана. Моделирование его особенностей с учетом известных линий излучения веществ позволило научной группе обнаружить в атмосфере планеты свидетельства существования облаков железа и силикатной пыли. В сочетании с избытком окиси углерода это показывает, что атмосфера HR 8799e охвачена гигантской бурей.
«Наш анализ показал, что атмосфера HR 8799e содержит гораздо больше окиси углерода, чем метана — неожиданный результат с точки зрения химии равновесных процессов. Нам удалось лучше всего объяснить этот удивительный факт вертикальными ветрами, дующими в верхних слоях атмосферы, которые не позволяют угарному газу вступать в реакцию с водородом и образовывать метан, — говорит руководитель исследовательской группы Сильвестр Лакур (Sylvestre Lacour) из Национального центра научных исследований Франции (CNRS). — Наши наблюдения свидетельствуют об освещенном изнутри газовом шаре, причем лучи света пробиваются сквозь охваченные бурей участки темной облачности. Облака из железо-силикатных частиц перемещаются под действием конвекции и разрушаются, а их содержимое выпадает внутрь планеты. Все это создает картину динамической атмосферы гигантской экзопланеты в процессе рождения, на которой идут сложные физические и химические процессы».
Моделирование физических условий на поверхности тела также позволило оценить его параметры: температура оказалась равна 1150 ± 50 кельвинам, радиус — 1,17 ± 0,12 радиусов Юпитера, ускорение силы тяжести — 104,3 ± 0,3 см/с2, а масса от 6 до 17 юпитерианских с наиболее вероятным значением около 10.
Сейчас в космосе работает специально созданный для поиска экзопланет спутник TESS, который открыл 280 объектов-кандидатов всего за первые полгода работы. Недавно также удалось подтвердить первую обнаруженную телескопом «Кеплер» экзопланету. О необычных экзопланетах мы делали материал «Краткий путеводитель по галактике».
Тимур Кешелава
Это молодые звезды, еще не вышедшие на главную последовательность
Астрономы нашли наблюдательные доказательства того, что одним из типов неопознанных космических источников высокоэнергетического гамма-излучения могут быть молодые звезды типа Т Тельца в областях звездообразований. Гамма-кванты рождаются во время очень мощных рентгеновских вспышек на таких звездах. Статья опубликована в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Молодые звездные объекты малой массы способны генерировать рентгеновское излучение, причем их активность в этом плане может быть больше, чем у звезд главной последовательности. В частности, звезды типа Т Тельца обычно демонстрируют быстропеременное жесткое рентгеновское излучение. Предполагается, что мощные рентгеновские мегавспышки, иногда возникающие на таких объектах из-за пересоединения магнитных силовых линий и нагревающие плазму, могут быть идеальными кандидатами в зоны ускорения частиц до релятивистских энергий и, как следствие, источниками гамма-излучения. Если эта идея, выдвинутая в 2011 году, верна, то можно объяснить природу ряда неопознанных источников гамма-излучения, найденных космическим телескопом «Ферми» в областях звездообразования Млечного Пути. Группа астрономов во главе с Агостиной Филокомо (Agostina Filócomo) из Университета Насьональ де Рио-Негро — Седе Атлантика (UNRN — Sede Atlántica) представила наблюдательные доказательства этой теории. Она проанализировала данные наблюдений за источниками гамма-квантов в диапазоне энергий от ста мегаэлектронвольт до трехсот гигаэлектронвольт в отражательной туманности NGC 2071 в созвездии Ориона, полученные за 14 лет работы телескопа «Ферми» Ученые определили со статистической значимостью 3,2 сигмы, что в туманности есть непостоянный по времени (был активен около двух лет) источник гамма-излучения, порождавший кванты с энергиями выше ста гигаэлектронвольт. NGC 2071 представляет собой область звездообразования, содержащую популяцию протозвезд малой массы, поэтому исследователи считают, что именно мегавспышки звезд Т Тельца могут порождать высокоэнергетическое гамма-излучение. Оценка частоты подобных явлений — одно каждые 13,2 года при энергии вспышек 1037—1038 эрг. Однако стоит отметить, что, хотя в настоящее время это единственный сценарий, хорошо объясняющий данные наблюдений, он требует дальнейшей наблюдательной проверки. Ранее мы рассказывали о том, как выглядят пылевые «крылья» у звезды типа Т Тельца.