Астрофизики опубликовали Kepler Giant Planet Search — каталог для поиска жизни

Команда астрофизиков под руководством Лорен Вайс, доцента кафедры физики и астрономии Университета Нотр-Дам, создала первый в истории каталог небольших планет земного типа, у которых есть планеты-собратья, подобные Юпитеру (планеты, вращающиеся вокруг одной звезды). Это критически важный компонент для поиска жизни за пределами нашей Солнечной системы.

Исследование, готовящееся к публикации в The Astrophysical Journal, получило название Kepler Giant Planet Search и заняло десять лет.

Цель исследования: найти "братьев" Юпитера для землеподобных планет

"Этот каталог — первый в своем роде и беспрецедентная возможность изучить разнообразие планетных систем, в которых есть объекты, похожие на Солнечную систему, но не идентичные ей. Это дает нам шанс переписать историю формирования планет", — заявила Вайс.

Научный вопрос, который она пыталась решить последнее десятилетие: "У каких из других небольших планет, подобных Земле, есть собратья, подобные Юпитеру? Потому что это может быть важной характеристикой, которую стоит искать, если мы хотим понять, где искать жизнь".

Предыдущие исследования указывали на Юпитер как на одну из причин возникновения жизни на Земле. Во время формирования Солнечной системы Юпитер, действуя как "гравитационная рогатка", направлял каменистые и ледяные обломки, а также протопланеты, в район нынешнего расположения Земли. Юпитер продолжает "бомбардировать" Землю обломками и сегодня. Эти обломки могли доставить на нашу планету воду в неизменном виде, создав океаны и, впоследствии, способствуя зарождению жизни.

Методология и результаты

На основе данных обсерватории W. M. Keck на Мауна-Кеа (Гавайи) Вайс и её коллеги зафиксировали почти 3000 измерений радиальных скоростей для 63 солнцеподобных звезд, вокруг которых вращаются 157 известных небольших планет. Эти 157 планет имеют размеры от Марса до Нептуна, и некоторые из них обладают каменистой поверхностью, потенциально пригодной для жизни. В ходе исследования команда обнаружила:

• 13 планет, подобных Юпитеру,
• 8 планет, близких по размеру к Нептуну,
• 3 звезды-компаньона.

Почему так сложно найти газовых гигантов

Большие газовые гиганты за пределами нашей системы сложно обнаружить, потому что некоторые распространенные методы (например, транзитный) для них малоэффективны. Космический телескоп "Кеплер" отлично подходил для поиска небольших экзопланет на близких орбитах, фиксируя крошечные падения яркости звезды при прохождении планеты перед ней.

Однако газовые гиганты обычно находятся гораздо дальше от своих звезд и не проходят перед ними с практической для наблюдений регулярностью (например, Юпитеру требуется 12 лет для оборота вокруг Солнца). Кроме того, их орбиты часто слегка наклонены относительно луча зрения с Земли, что делает падение яркости менее заметным.

Вайс и её коллеги использовали метод радиальных скоростей (доплеровской спектроскопии), измеряя "покачивание" звезды, вызванное гравитационным воздействием крупной вращающейся планеты.

"Юпитеры большие и сильно тянут свои звезды, что мы можем измерить. Мы можем найти их, если проведем множество измерений с течением времени, что мне и пришлось делать", — пояснила Вайс. Для каждой звезды в выборке команда наблюдала доплеровский сдвиг в её световых волнах минимум в течение 10 ночей, а в некоторых случаях — до сотен ночей. Наблюдения велись дистанционно с удаленных станций по всему миру.

Значение каталога для будущих исследований

Хотя открытие планет, подобных Юпитеру, само по себе важно, основная ценность работы — созданный каталог планетных систем "Земля-Юпитер". Эта статья станет основой для будущих публикаций в рамках проекта Kepler Giant Planet Search, которые будут описывать архитектурные закономерности в планетных системах, эффективность обнаружения планет и совместную встречаемость гигантских и небольших транзитных планет.

"Вероятно, больше всего меня волнует возможность пересмотреть историю формирования Земли, — сказала Вайс. — Теперь, когда у нас есть больше информации о том, какие ещё типы планетных систем существуют, мы ищем закономерности, делаем новые открытия, и эти возможности действительно меня вдохновляют".