Редкое астрономическое событие — прохождение звезды на пути светового луча от другой яркой звезды — позволило открыть на расстоянии около 1200 световых лет от нас новую экзопланету с массой Нептуна.
Наблюдения нескольких обсерваторий по всему миру подтвердили открытие методом гравитационного микролинзирования новой экзопланеты и позволили определить её свойства. Планета, вращающаяся вокруг небольшой звезды в созвездии Тельца, имеет массу немного больше Нептуна и находится на расстоянии до звезды, сопоставимом с расстоянием от Земли до Солнца. Результаты этой работы опубликованы 1 ноября в статье в The Astronomical Journal авторства 60 астрономов из 40 научных центров, включая Государственный Астрономический Институт имени П.К. Штернберга при МГУ.
Экзопланеты — планеты, вращающиеся вокруг других звёзд, кроме Солнца. Начало их массового открытия приходится на середину 1990-х годов. За открытие в 1995 году одной из первых планет вне Солнечной системы была присуждена Нобелевская премия по физике 2019 года. В настоящее время известно около 4000 «подтверждённых» экзопланет. В большинстве случаев такую планету увидеть в телескоп нельзя, и их обнаруживают косвенными методами. Наиболее распространёнными на первых этапах были метод транзита (изменение яркости звезды при прохождении планеты перед ней) и измерения радиальной скорости звезды (смещения звезды на небе из-за «перетягивания» её массивной планетой). Подробнее об этих двух категориях методов мы рассказывали раньше. Они подходят для обнаружения массивных планет, находящихся очень близко (ближе, чем Меркурий от Солнца) к своей звезде. Такую разновидность планет называют «горячими Юпитерами». В Солнечной системе таких объектов нет, и инопланетным астрономам наша звезда показалась бы лишённой спутников вообще. Для исследования планет на существенных расстояниях от звезды (например, таких, как наш Юпитер) используются другие методы, разработанные позже. Так, методы гравитационного линзирования (gravitational lensing) для экзопланет получили распространение только в последние несколько лет и позволили пока открыть всего около 25 планет.
Согласно общей теории относительности луч света вблизи массивного тела (звезды или галактики) испытывает гравитационное отклонение — выглядит это так, как если бы он «притягивался» к телу. Это было одно из первых, проверенных экспериментально ещё в 1919 г., предсказаний теории Эйнштейна: было измерено отклонение лучей света, проходящих к Земле вблизи Солнца от дальних звёзд. Такие отклонения вызывают видимые искажения положения звёзд на небе, которые можно зафиксировать. Это явление и лежит в основе метода гравитационных линз. Астрономы наблюдают за положением на небе и яркостью некоего фонового объекта. Это может быть даже отдельная галактика, но чаще всего используются звёзды или скопления звёзд вблизи центра нашей Галактики, в так называемом «галактическом балдже». Если прямо на пути света к нам появляется ненаблюдаемый объект, например небольшая массивная звезда, которую не получается обнаружить в телескоп, она собирает вокруг себя лучи света от фонового объекта и тем самым фокусирует их — мы наблюдаем аномальное увеличение яркости этого объекта на то время, пока звезда проходит у него на пути. Типичные времена для такого события — сотни дней, пока звезда вследствие своего движения по Галактике не уйдёт с линии луча.
Принцип гравитационного линзирования: искривление лучей света и изменение яркости фонового объекта.
Этот же принцип можно применить для обнаружения не только звезды, но и планеты в её системе. Однако здесь появляется существенная трудность: гравитационное отклонение луча планетой составляет около одной миллионной доли угловой секунды (угловая секунда — 1/3600 часть градуса). Такие углы пока находятся далеко за пределами возможностей самых мощных телескопов. В этом случае для обнаружения дополнительного массивного тела возле звезды используется методика гравитационного микролинзирования. Этот принцип мы можем наблюдать в быту: свет, проходя через неидеальную линзу, например, сквозь пластиковую бутылку с водой, создаёт ажурные световые разводы, попав на освещённую поверхность после линзы. Такие фигуры называются каустическими кривыми (каустиками), их изучают специальные разделы математики. В частности, они играют важную роль в математической теории катастроф. Даже радуга представляет собой простую разновидность каустической кривой. Для гравитационных линз «неидеальность» создаётся планетой возле звезды, и обнаружение такой фигуры по силам современным инструментам.
Каустическая фигура рассеяния света от неидеальной линзы.
Открытие экзопланеты в звёздной системе с обозначением TCP J05074264+2447555 было инициировано японским астрономом-любителем Тадаси Кодзимой (Tadashi Kojima), который в ноябре 2017 года случайно обнаружил причудливо выглядящий объект переменной формы в созвездии Тельца. После серии наблюдений на профессиональных астрономических инструментах в разных точках мира стало понятно, что речь идёт о такой каустической фигуре, вызванной гравитационным микролинзированием. В качестве линзы выступала система звезды и обращающейся вокруг неё массивной планеты, оказавшаяся на пути светового луча от яркой удалённой на 700—800 парсек звезды. «Дефект» такой линзы в виде находящейся рядом планеты и привёл к возникновению движущейся каустики. Параметры каустики и её изменение по мере обращения планеты позволили сделать вывод о характеристиках планеты: она имеет массу, чуть большую, чем Нептун, но вращается на расстоянии до своей звезды, равном половине расстояния от Земли до Солнца, как раз вблизи «снеговой линии» звезды. Сама звезда по характеристикам сопоставима с нашим Солнцем, но имеет в два раза меньшую массу и находится на расстоянии 380 парсек (1240 световых лет) от нас.
Методом микролинзирования пока что было найдено не так много экзопланет. Уникальность этого открытия в том, что впервые планета была обнаружена так близко к своей звезде — обычные расстояния для ранее открытых планет были в несколько раз больше. Кроме того, обычно такие «события микролинзирования» находят, исследуя участки неба по направлению к центру нашей Галактики, где много звёзд. В данном случае удалось «поймать» редкое явление, направив телескоп в противоположную от центра сторону (в сторону «Галактического антицентра»). Астрономы ожидают, что примерно через два года после события звезда достаточно удалится с линии луча света от «фоновой» звезды, и её планетарную систему можно будет исследовать другими независимыми методами, в частности, методом радиальной скорости.
Источник: