Когда тридцать лет назад астрономы открыли первые миры, вращающиеся вокруг других звезд, они также начали проводить так называемую галактическую планетарную перепись, подсчитывая количество и типы экзопланет в Млечном Пути. Хотя невозможно тщательно изучить все сотни миллиардов звезд нашей галактики, их репрезентативная выборка может дать важную информацию. Изучая планетарное население такой выборки, исследователи надеются узнать, какие миры наиболее распространены, а какие редки, и как наша собственная Земля и Солнечная система соотносятся с ними.
Но есть несколько различных способов поиска планет, и каждый из них лучше всего подходит для разных типов миров, что может привести к искаженным результатам. Доминирующие на сегодняшний день методы делают вывод о присутствии планеты, ища ее тонкое влияние на ее звезду, и они наиболее чувствительны к планетам-гигантам, расположенным очень близко к своим звездам. Орбитальные «годы» таких миров составляют всего несколько дней или недель, и таких миров не существует в Солнечной системе. Напротив, прямой просмотр планет — так называемое прямое изображение — требует отличать их от подавляющего блеска звезды, что проще всего сделать для планет-гигантов на окраинах системы. Если бы такие орбиты вращались вокруг нашего собственного Солнца, большинство этих планет располагались бы далеко за Плутоном.
К счастью, новые методы и более обширные наборы данных теперь позволяют ученым преодолеть разрыв между этими крайностями, объединяя результаты нескольких методов поиска планет, чтобы получить более четкое представление об истинном планетарном населении Млечного Пути. Новое исследование, опубликованное в Наука является одним из первых успехов в этом синергетическом подходе, обеспечивающем не только новообретенную планету «посередине дороги», но и более широкую стратегию поиска и исследования многих других. Самые большие и яркие из тех планет, которые предстоит открыть, также могут быть хорошими кандидатами для будущих прямых исследований, что потенциально позволит астрономам различить их атмосферу и климат.
«Когда мы объединяем [motion and imagery] вместе мы получаем все три ключевых свойства планеты — ее орбиту, ее массу и ее атмосферу — поэтому мы узнаем гораздо больше», — говорит Тейн Карри, исследователь планет из Исследовательского центра Эймса НАСА и ведущий автор исследования.
поймать звезду
Карри и его коллеги нашли свою новую планету, гигантский мир под названием HIP 99770 b, сравнив данные о движении ее звезды, собранные в 2021 году космическим кораблем Gaia Европейского космического агентства, с аналогичными, но менее точными измерениями, сделанными в начале 1990-х годов предшественником Gaia. , спутник ЕКА Hipparcos. Gaia и Hipparcos предназначались для картографирования звезд Млечного Пути (а не его планет) с использованием техники, называемой астрометрией, для точного отслеживания звездных положений, расстояний и движений. Но астрометрия также может выявить планеты: планета, вращающаяся вокруг звезды, может вызвать циклическое, очень незначительное смещение положения звезды, колеблющееся взад и вперед в плоскости неба. Определив размер и повторяемость этого сдвига, астрономы могут определить массу и орбиту невидимой планеты.
Первоначальное открытие планеты и последующие фотографические наблюдения были возможны только благодаря данным Gaia-Hipparcos за несколько десятилетий, которые позволили обнаружить длинную орбиту HIP 99770 b. Сам объединенный каталог создавался годами. После первого выпуска данных Gaia в 2016 году Тимоти Брандт, астроном из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре и соавтор нового исследования, опубликовал список из десятков тысяч звезд, сверенный и дополненный более ранними данными Hipparcos. наблюдений, снова обновив их в 2021 году после последнего выпуска данных Gaia. Результатом стало примерно 25-летнее окно в то, как эти звезды перемещались по небу.
Несколько команд приступили к углублению новой базы данных для звездных компаньонов, «каждая по-своему определяет, какую именно информацию следует учитывать при выборе цели», — говорит Кэролайн Морли, исследователь, изучающий атмосферы экзопланет в Техасском университете в Остине. часть нового исследования.
В случае с HIP 99770 b данные Gaia-Hipparcos показали, что это мир газового гиганта, вращающийся вокруг своей звезды на расстоянии, немного большем, чем Уран от Солнца, — достаточно большом, ярком и далеком от своего звездного хозяина, чтобы находиться в пределах досягаемости. досягаемость прямой визуализации. Последующие наблюдения, проведенные с помощью прибора прямой визуализации SCExAO на телескопе Subaru на Мауна-Кеа на Гавайях, подтвердили эти подозрения, открыв планету в виде точки, затуманенной молекулами водяного пара и угарного газа. Климатические модели предполагают, что температура на планете составляет от 1300 до 1400 кельвинов (от 1880 до 2060 по Фаренгейту). Хотя HIP 99770 b явно неземной, в целом свойства делают его сравнительно близким родственником Земли.
«Это первый [finding from this database] это действительно может заявить: «Вероятно, это планетарная масса», — говорит Бет Биллер, не входившая в исследовательскую группу. Биллер, астроном из Эдинбургского университета в Шотландии, далее отметил, что тяжелый мир находится в серой зоне между планетой и коричневым карликом, и что некоторые могут возражать против классификации его как планеты. Несмотря на это, «это определенно объект с наименьшей массой, обнаруженный этим методом», — говорит она.
Стоит тысячи слов
Подобные результаты могут помочь заполнить оставшиеся пробелы в галактической планетарной переписи. Помимо того, что текущие усилия по прямой визуализации ограничены очень большими планетами на очень широких орбитах, они лучше всего работают для очень молодых миров — от 10 до 100 миллионов лет — и все еще светящихся теплом, оставшимся от их образования. Совокупный результат всех этих предыдущих опросов, по словам Биллера, был важным, но все еще не впечатляющим. «Мы обнаружили, что [hot, young, wide-orbiting] планеты-гиганты довольно редки», — говорит она.
В то время как многие звезды, как ожидается, имеют какую-то планету на орбите, прямые исследования изображений показали, что у гораздо меньшего количества звезд есть планеты-гиганты по краям. Инфракрасные изображения позволяют лучше понять атмосферу этих миров, а модели дают оценку их массы. Из десятков экзопланет, захваченных прямыми изображениями, астрономам удалось более точно сузить массу только двух, используя последующие измерения с помощью методов косвенного обнаружения планет. Частью проблемы является существовавшее ранее предпочтение наблюдений за молодыми планетами, у которых соответственно есть молодые звезды-хозяева, которые намного более активны, чем более зрелые звезды, и, следовательно, более разрушительны для звездных измерений массы компаньона.
«Если у вас есть непосредственно изображенная планета, есть определенная доля догадок в подтверждении ее физических свойств», — говорит Брандт. Объединение астрометрии и прямых изображений не только открывает двери для обнаружения большего количества целей; он также устраняет некоторые из этих догадок, раскрывая орбиту и массу каждой новой планеты вместе с ее атмосферой.
Хотя Gaia нацелена на два миллиарда звезд, Hipparcos изучил только 100 000, все относительно яркие и близкие к Земле. По оценкам Карри, примерно у трети звезд, изученных в объединенном каталоге, есть спутники, большинство из которых маломассивные. Если только у одной из 100 занесенных в каталог звезд с спутниками есть планета, которую можно сфотографировать, новое слияние методов обнаружения планет должно значительно увеличить общее количество миров, которые астрономы смогут вскоре увидеть напрямую. Исследователи говорят, что к концу своего десятилетнего исследования Gaia сможет идентифицировать до 100 дополнительных планет в качестве кандидатов для прямой визуализации с помощью современных инструментов — это более чем в четыре раза больше непосредственно отображаемых миров, чем было идентифицировано на сегодняшний день. И это расширит наши знания о планетарных системах за пределы самых молодых и ярких, возможно, показывая больше миров, подобных нашему.
«Выход новых открытий выше, чем мы могли бы получить, если бы мы просто проводили слепой поиск, — говорит Карри, — и информация, которую мы получаем, намного богаче, чем если бы мы просто делали прямые изображения».
