При помощи спектрографа нового поколения ESPRESSO на телескопе Европейской южной обсерватории подтверждено недавнее открытие экзопланеты размером с Землю возле ближайшей к нам звезды Проксима Центавра на расстоянии 4 световых года. Независимые измерения на спектрографе более высокой точности, чем его предшественник, установили, что эта планета обращается вокруг звезды с периодом около 11 дней, имеет массу чуть больше Земли и находится в зоне потенциальной обитаемости звезды. Уточнённые данные указывают и на возможную вторую планету земного типа также в зоне обитаемости.
Собственное движение звезды Proxima Cen. за 10 лет.
Из-за своей близости Проксима Центавра — это одна из немногих звёзд, у которых можно отследить собственное движение по небесной сфере, то есть её перемещение относительно дальних «неподвижных» звёзд за время порядка нескольких лет.
Планету с обозначением Proxima b в зоне потенциальной обитаемости Проксима Центавра обнаружили ещё в 2016 году астрофизики Женевского университета. В этом университете в 1995 году была открыта первая экзопланета, за что два её первооткрывателя — М.Майор и Д.Кело — в прошлом году получили Нобелевскую премию по физике.
Открытие планетной системы у ближайшей звезды стало обсуждаемой темой, тем более что похожесть на Землю у планеты и потенциально благоприятные условия на ней (нахождение в обитаемой зоне) были установлены сразу. Тогда же было выполнено компьютерное моделирование температуры на поверхности планеты с учётом нескольких разумных вариантов предположений о её вращении вокруг оси.
Планетная система была открыта при помощи телескопа-спектрометра HARPS на телескопе Европейской южной обсерватории (ESO) в Чили. Для обнаружения экзопланет при помощи спектрографа используется метод радиальной скорости. Это один из основных методов исследования экзопланет, а также систем двойных и кратных звёзд. Он состоит в измерении колебаний скорости звезды вдоль линии луча (то есть в сторону Земли или от Земли) из-за вращения вокруг звезды тяжёлого спутника — массивной планеты или другой звезды. Изменения скорости определяются по эффекту Доплера — сдвигу спектральных линий элементов в спектре звезды по сравнению с «лабораторными» значениями при приближении или удалении источника. Более подробно про метод радиальной скорости для экзопланет, а также про его возможности и инструментальные ограничения HARPS написано в этой заметке на сайте. Возможности этого инструмента позволяют определять изменения радиальной скорости звезды под воздействием её планеты с порогом обнаружения около 1 м/сек — в принципе этого достаточно, чтобы из другой звёздной системы обнаружить наш Юпитер, но не Землю. У менее массивной звезды, такой, как Проксима Ц. с массой всего 1/10 солнечной, можно уже определять планеты класса Земли, что и сделали несколько лет назад. Однако это открытие всё же было на пороге детектирования прибора и несмотря на хорошую рекламу открытия у астрофизиков ещё оставались сомнения. Тем более — «открытая» тогда же одна из планет возле звезды Альфа Центавра в конечном итоге не подтвердилась: данные оказались артефактом алгоритмов обработки сигнала.
Спектрограф следующего поколения ESPRESSO (Echelle Spectrograph for Rocky Exoplanet- and Stable Spectroscopic Observations) работает с 2016 года на одном из телескопов массива VLT (Very Large Telescope) Европейской южной обсерватории. Он предназначен для нескольких исследовательских задач, включая поиск экзопланет земного типа и изучение спектров звёзд за пределами Галактики. Существенно, что его теоретическая точность измерения радиальной скорости ближайших звёзд достигает 10 см/сек вместо 1 м/с у HARPS. Например, этого уже достаточно для обнаружения таким методом Земли обитателями планеты Proxima b, если бы они существовали и располагали именно такой техникой. А Солнце будет для них достаточно яркой звездой в созвездии Кассиопеи.
Независимые измерения на ESPRESSO позволили подтвердить ранние выводы и уточнить параметры планеты. Новые результаты коллективной работы нескольких десятков авторов из двадцати европейских научных центров будут опубликованы в журнале Astronomy & Astrophysics (пока статью можно получить в виде препринта на arXiv.org). Так, минимальная масса планеты Proxima b составляет 1,17 от массы Земли (предыдущая оценка 1,3), а её период обращения вокруг звезды составляет 11,2 дня. Фактической точности прибора 30 см/сек (с учётом собственных изменений светимости переменной звезды и прочих всевозможных шумов) хватило для уверенного подтверждения наличия экзопланеты. Напомним, что метод радиальной скорости всегда даёт нижнюю оценку массы экзопланеты. Планета такой массы вызывала бы именно такое радиальное смещение звезды, если бы плоскость её орбиты была повёрнута к нам строго ребром. В реальности плоскость орбиты скорее всего будет лежать под каким-то углом к лучу зрения, и действительная масса планеты будет больше измеренной. Подробнее можно прочитать по ссылке выше, а более углублённо изучить вопрос — в соответствующих разделах бесплатно доступных онлайн-курсов Astrophysics: Exploring exoplanets на edx.org или «Основы астрономии» доцента МГУ В.Сурдина на российской платформе openedu.ru.
В сигнале Проксимы Центавра от ESPRESSO обнаружена составляющая, которая может указывать на ещё одну планету вблизи звезды. Если бы это действительно оказалась вторая планета, она имела бы нижний предел массы около 1/3 массы Земли, обращалась бы вокруг звезды с периодом 5 дней и располагалась на расстоянии 0,03 а.е. Оценка равновесной температуры на планете на таком расстоянии даёт 330±30 K, то есть второй гипотетический спутник тоже располагается в зоне потенциальной обитаемости звезды. Если это действительно планета, то она оказалась бы наименьшей планетой, найденной до сих пор при помощи спектроскопии методом радиальной скорости. Пока что накопленной точности за время наблюдений недостаточно для однозначного отделения сигнала планеты от шумов. Но звёзды такого типа если обзаводятся планетными системами, то им свойственно иметь сразу несколько «каменных» планет (пример — наше Солнце), поэтому вторую планету продолжат искать.
Моделирование температуры на планете Proxima b (один из вариантов: вращение вокруг оси в орбитальном резонансе 3:2). ESO.
Хоть планета (или планеты) на Проксиме Ц. и расположены в зоне потенциальной обитаемости и эта система находится достаточно близко, так, что в будущем можно будет даже сделать заключение о составе вещества на её планетах и планетарной атмосферы при наличии, возможность существования там внеземной жизни видится проблематичной. Препятствием является нахождение её звезды в тройной системе с двумя массивными звёздами-компаньонами. Из-за этого параметры орбиты планеты могут сильно меняться со временем. Как следствие, условия на планете будут нестабильны. Например, она может вообще покидать «зону обитаемости» и возвращаться туда каждые несколько миллионов лет — так себе перспектива для жизни. Но для появления развитых форм жизни необходима устойчивость внешних условий на протяжении геологических промежутков времени (десятки-сотни миллионов лет). С этой точки зрения Солнечная система — достаточно редкое образование, поскольку Солнце не имеет парной звезды, и орбиты его планет устойчивы, как нам представляется. Кроме того, Проксима Центавра — вспыхивающая переменная звезда, и излучение от неё во всех диапазонах волн меняется в очень широких пределах. Планета в такой системе на небольшом расстоянии от звезды не будет в безопасности: вспышки радиации и солнечного ветра могут периодически выжигать планету и сдувать с неё атмосферу. Некоторые астробиологи считают, что благоприятная для жизни «оболочка» всё же может уцелеть в таких условиях, если у планеты есть достаточное магнитное поле, так же, как это происходит на Земле.
Исследовательский проект Pale Red Dot (palereddot.org) специально направлен на изучение возможных похожих на Землю экзопланет звезды Проксима Центавра и определение условий их обитаемости.
