В настоящее время учёные могут наблюдать планеты за пределами нашей Солнечной системы только косвенным методами. В зависимости от способа, эта работа будет основываться на поиске признаков транзитов перед диском звезды (метод транзитной фотометрии), исследовании колебаний звезды в поисках признаков влияния на них экзопланеты (доплеровская спектроскопия), поиск света, отражённого от атмосферы планеты и некоторых других методов.
Основываясь на определённых параметрах, астрономы могут определить, является ли планета потенциально обитаемой или нет. Однако группа исследователей из Нидерландов недавно опубликовала работу, в которой попыталась описать новый подход к охоте за экзопланетами: поиск признаков полярных сияний. Поскольку эти сияния являются результатом взаимодействия между магнитным полем планеты и звездой, этот метод может оказаться кратчайшим путём к поиску жизни на других планетах.
На этой иллюстрации художник показал магнитное взаимодействие между красным карликом и его экзопланетой. Источник: Danielle Futselaar
Взаимодействия между магнитным полем и заряженными частицами, которые регулярно испускаются звездой (этот поток называют солнечным ветром) – то, что вызывает полярные сияния. Более того, существование этого явления производит радиоволны с вполне чёткой сигнатурой, которая может быть обнаружена радиообсерваториями уже здесь, на Земле. Именно это и сделали нидерландские астрономы, используя низкочастотную антенную решётку LOFAR.
LOFAR – это универсальный сенсорный массив, который в паре с компьютером и сетевой инфраструктурой может обрабатывать чрезвычайно большие объёмы данных. Ядро массива Superterp представляет собой сеть из тридцати восьми станций, сосредоточенных на северо-востоке Нидерландов с 14 дополнительными станциями в соседних Германии, Франции, Швеции, Великобритании, Ирландии, Польше и Латвии.
Решётка LOFAR. Источник: LOFAR/ASTRON
Как астрономы указывают в своем исследовании, которое недавно появилось в журнале Nature, LOFAR удалось обнаружить особый тип низкочастотных радиоволн, которые были предсказаны у ближайшей звезды GJ 1151. Эта звезда является красным карликом класса M, расположившимся на расстоянии более 25 световых лет от Земли. Вот, что говорит Хариш Ведантам, штатный ученый компании ASTRON и ведущий автор исследования, в заявлении для прессы Нью-Йоркского университета:
“Движение планеты через сильное магнитное поле красного карлика действует подобно электрическому двигателю и всё это примерно похоже на работу велосипедной динамо-машины. Оно создаёт сильный ток, который подпитывает полярные сияния и радиоизлучение на звезде”.
Эти виды взаимодействий между звёздами и планетами предсказывались на протяжении более тридцати лет, частично на основе активности полярных сияний, наблюдавшихся в Солнечной системе. В то время как магнитное поле Солнца недостаточно сильно, чтобы создавать эти типы радиоизлучения в других частях Солнечной системы, аналогичная активность была замечена на Юпитере и его крупнейших спутниках.
Рентгеновское излучение в сиянии Юпитера. Данные от космической обсерватории “Чандра”. Источник: X-ray: NASA/CXC/UCL/W.Dunn et al, Optical: NASA/STScI
Например, взаимодействие между сильным магнитным полем Юпитера и Ио (самого близкого к газовому гиганту из его крупнейших спутников) создаёт полярные сияния и мощное радиоизлучение, которые на достаточно низких частотах даже затмевают солнце. Однако данная работа описывает первый случай, когда астрономы обнаружили и расшифровали такого рода радиосигналы из другой звёздной системы.
Как отметил Джо Каллингем, астроном-аспирант и соавтор исследования:
“Мы адаптировали полученные за десятилетия наблюдений за Юпитером данные к проблеме конкретно этой звезды. Давно предсказано, что в других звёздных системах с планетами должна существовать увеличенная версия взаимодействия Юпитера-Ио. Наблюдаемое нами излучение очень хорошо согласуется с этой теорией”.
Их выводы были подтверждены второй группой, чьи исследования подробно описаны в исследовании, опубликованном в Astrophysical Journal Letters. Для своего исследования Поуп и его коллеги опирались на данные, полученные с помощью высокоточного прибора Radial Speed Planet Searcher North (HARPS-N) на Национальном Телескопе Галилео (TNG), расположенном на острове Ла-Пальма, Испания.
Проксима Центавра b, представление художника. Источник: ESO/M. Kornmesser
Используя эти спектроскопические данные, команда смогла исключить возможность того, что радиосигналы, наблюдаемые от GJ 1151, были вызваны взаимодействием с другой звездой. Вот, что объяснил Бенджамин Поуп, сотрудник НАСА из Нью-Йоркского университета и ведущий автор второй статьи, :
“Взаимодействующие двойные звёзды также могут излучать радиоволны. Используя оптические наблюдения для дальнейшего исследования, мы искали в радиосигналах признаки звезды-спутника, маскирующегося под экзопланету. В итоге мы исключили этот сценарий, поэтому считаем, что наиболее вероятной возможностью является существование планеты размером с Землю. Это означает, что она слишком маленькая, чтобы её можно было обнаружить с помощью наших оптических приборов”.
Эти открытия особенно важны, потому что они связаны с системой красных карликов. По сравнению с нашим Солнцем красные карлики малы, холодны и тусклы, но также являются самым распространенным типом звёзд во Вселенной – на них приходится 75 процентов всех звёзд в одном только Млечном Пути. Красные карлики также являются очень хорошими кандидатами для поиска планет земной группы, расположенных в пределах околосолнечной зоны обитания.
Примером тому служат недавние открытия, такие как экзопланета Проксима Центавра b – ближайшая экзопланета за пределами нашей Солнечной системы и семь планет, вращающихся вокруг звезды TRAPPIST-1. Эти и другие открытия привели астрономов к выводу, что вокруг большинства красных карликов вращается по крайней мере одна земная, то есть каменная, планета.
На этой иллюстрации показана система TRAPPIST-1 если бы наблюдатель находился в области экзопланеты TRAPPIST-1f (справа). Экзопланеты TRAPPIST-1b и TRAPPIST-1c получают больше всего излучения от звезды, поэтому являются самыми тёплыми. Экзопланеты e, f и g находятся в зоне обитаемости. Источник: NASA/JPL-Caltech
Однако красные карлики также известны своими сильными магнитными полями и переменной природой. Это означает, что планеты, вращающиеся в их зонах обитания, будут подвергаться интенсивным магнитным и тепловым воздействием. Подобные среды ставят под сомнение возможность существования жизни на планете, расположенной в системе красного карлика в течение длительного времени.
Из-за этого учёные предполагают, что любая планета, вращающаяся вокруг красного карлика, будет нуждаться в сильном магнитном поле, чтобы гарантировать, что солнечные вспышки и заряженные частицы не лишат атмосферы и не сделают планету полностью непригодной для жизни. Таким образом, это открытие не только предлагает новый и уникальный способ исследовать окружающую среду вокруг экзопланет, но и дает возможность определить, пригодны ли они для поддержания жизни.
Путем поиска низкочастотного радиоизлучения астрономы могут не только обнаружить экзопланеты, но и измерить силу их магнитных полей и интенсивность излучения их звёзд. Эти открытия будут иметь большое значение для определения того, способны ли каменные планеты, вращающиеся вокруг красных карликов, поддерживать жизнь.
Рисунок художника с гипотетической экзопланетой вблизи от красного карлика. Источник: NASA/ESA/G. Bacon (STScI)
Теперь Поуп и его коллеги пытаются использовать этот метод для обнаружения аналогичных излучений от других звёзд. В пределах 20 световых лет от нашей Солнечной системы есть по крайней мере 50 красных карликов, и многие из них имеют по крайней мере одну планету.
“Наша долгосрочная цель состоит в том, чтобы определить, какое влияние магнитная активность звезды оказывает на обитаемость экзопланеты, и радиоизлучение является важной частью этой головоломки. Наша работа показала, что это возможно понять с новым поколением радиотелескопов”.
По информации Universe Today.
Источник: