Космическая гравитационная антенна LISA найдет планеты у двойных белых карликов

Ученые проанализировали возможности разрабатываемого космического интерферометра LISA в плане поиска сигналов экзопланет. Оказалось, что установка сможет обнаружить массивные тела на орбитах вокруг двойных белых карликов по всей Галактике и в Магеллановых облаках. Это позволит собрать статистику о популяции объектов, которые невозможно зарегистрировать другими предложенными методами, пишут авторы в журнале Nature Astronomy.

На текущий момент астрономы обнаружили около 4000 кандидатов в экзопланеты, то есть вращающиеся вокруг других звезд планеты. Существует несколько способов их обнаружения, основными из которых являются транзитный метод, метод лучевых скоростей и микролинзирование.

Первый связан с периодическими изменениями яркости звезды при прохождении планеты по ее диску. Второй учитывает небольшие колебания скорости звезды, вызванные обращением планет. Третий позволяет найти тело по кратковременному повышению яркости фонового объекта, которое возникает из-за искривления траекторий лучей света при пересечении экзопланетой луча зрения.

Встроенные в используемые методы ограничения сужают область пространства параметров экзопланет, где возможна их регистрация. Это справедливо как для пространственного расположения тел в Галактике, так и для их свойств, таких как масса и период обращения.

В работе под руководством Николы Таманини (Nicola Tamanini) из Института гравитационной физики Общества Макса Планка в Германии изучена возможность поиска экзопланет при помощи космического гравитационно-волнового интерферометра LISA, который планируется запустить в 2034 году. Проект состоит из трех аппаратов, формирующих при помощи лазерных лучей равносторонний треугольник. В целом он аналогичен существующим наземным установкам LIGO и Virgo, но будет чувствителен к волнам гораздо меньшей частоты, рабочий диапазон составит от 0,1 миллигерца до 1 герца. Также треугольная форма вместо L-образной позволяет исследовать больше параметров гравитационных волн.

Авторы пришли к выводу, что LISA сможет зафиксировать присутствие в двойных системах белых карликов крупных планет с массами более 50 земных (масса Юпитера, например, превышает 300 земных). Эта популяция планет может оказаться очень ценной, так как более половины звезд входит в кратные системы, а 95 процентов в конце эволюции превращаются в белые карлики. Таким образом, такой обзор позволит узнать финальную судьбу больших планет в весьма распространенных звездных системах.

Тем не менее, для детектирования подойдут только тесные двойные, так как только в таком случае будет возникать заметный сигнал в виде гравитационных волн. Способ регистрации в некотором смысле аналогичен применяемому сегодня методу лучевых скоростей, только будет опираться не на смещение звезды относительно центра масс, а на смещение пары звезд относительно общего центра масс системы из звезд и планет. Таким образом, подойдут только планеты на широких орбитах, обращающихся вокруг пары звезд сразу.

В данный момент известно почти 100 планетных систем у двойных звезд, из них примерно у 20 хотя бы одна планета обращается вокруг обеих звезд. Среди них лишь у 6 хотя бы одним звездным компонентом является белый карлик, двойных белых карликов с планетами пока не обнаружено. Ожидается, что LISA откроет 25 тысяч тесных двойных белых карликов по всему Млечному Пути и другим ближайшим галактикам.

На данный момент не существует теоретических запретов нахождению планет у двойных белых карликов. Однако почти все известные экзопланеты находятся у одиночных звезд, а о процессе формирования подобных тел в кратных системах известно намного меньше. Планета может сформироваться из протопланетного диска, окружавшего сразу обе звезды, если они еще при формировании образовали тесную систему. С другой стороны подобные Солнцу звезды перед переходом в состояние белого карлика проходят этап расширения до красного гиганта, когда сбрасываются значительные объемы газа. Это может как уничтожить планеты или свести их с устойчивых орбит, так и спровоцировать новый этап их формирования.

Недавно при помощи оптической интерферометрии астрономам удалось определить состав атмосферы экзопланеты. Также ученые нашли «запрещенную» экзопланету из «пустыни Нептунов». О необычных экзопланетах мы писали в материале «Краткий путеводитель по галактике».

Тимур Кешелава