HR 8799 и ее планеты


Недавно астрономы Джейсон Ванг (Jason Wang) и Кристиан Маруа (Christian Marois) опубликовали уникальную анимацию вращения планет в системе звезды HR 8799, «собранную» из снимков прямых наблюдений на десятиметровом телескопе обсерватории Кека на Гавайях, которые велись на протяжении семи лет.

Что же в этом наблюдении необычного? Ведь сейчас открыто уже огромное множество планет вне солнечной системы: если быть точным, то только подтвержденных открытий на январь 2017 года — 3563 планеты у 2674 звезд, надежных кандидатов — еще больше. То есть сами открытия экзопланет — уже не новость.

Вообще, как ни странно, первым публикациям данных, которые свидетельствовали о наличии планет у других звезд, уже более полутора веков: еще в 1855 и в 1890-х годах астрономы писали о существовании планеты у звезды 70 Змееносца. Правда, наличие этой планеты так и не подтвердилось. Первых же достоверных свидетельств существования экзопланет и их наблюдений пришлось ждать почти до конца XX века. И довольно быстро такие открытия начали сыпаться, как из рога изобилия. Причем, как правило, сами экзопланеты мы не видим. Телескопы лишь регистрируют слабое периодическое падение блеска звезды, по диску которой проходит планета (так называемый транзитный метод, который использовал, например, самый известный «охотник» за экзопланетами — телескоп «Кеплер», см. также Кривые блеска и экзопланеты), или «дрожание» спектра звезды, которая отклоняется под действием гравитации планеты (метод Доплера, см. также Радиальные скорости и экзопланеты).

Но иногда удается «вычесть» из общей картинки свет звезды и наблюдать расположенные от нее далекие планеты напрямую. К таким редчайшим случаям и относится система звезды HR 8799, расположенная в созвездии Пегаса на расстоянии 129 световых лет от нас.

Немного о самой звезде. HR 8799 — яркая переменная звезда из Йельского каталога ярких звезд, в который входят все звезды, которые хотя бы теоретически можно увидеть невооруженным глазом (то есть звезды ярче 6,5 звездной величины). Она очень молодая (системе HR 8799 — всего около 60 миллионов лет — она возникла тогда, когда уже вымерли динозавры!) и относится к классу пекулярных («неправильных») звезд типа Лямбда Волопаса, у которых понижено на один-два порядка содержание тяжелых элементов (железо и близкие элементы в таблице Менделеева) в верхних слоях, а также к звездам типа Веги, у которых из-за наличия пылевого диска наблюдается избыточное инфракрасное излучение.

В 2008 году у HR 8799 прямым наблюдением были обнаружены первые три планеты. Это событие удостоилось публикации в журнале Science. В 2010 году обнаружили четвертую, самую близкую к звезде (статья вышла в Nature). Тогда же у одной из планет этой системы впервые в истории астрономии удалось снять спектр. О том, насколько сложной оказалась задача, говорят сами ученые: «Представьте себе, что вам нужно определить, из чего сделана горящая на расстоянии двух километров от вас свеча, при условии, что рядом с ней сияет 300-ваттная лампа». Тем не менее, это удалось сделать, и оказалось, что в атмосфере планеты, разогретой до 800 градусов, отсутствует метан, зато есть вода и монооксид углерода. В 2014 году удалось получить спектры еще двух планет.

На этом коллаже показаны изображения (слева) и спектры (справа) звезды HR 8799 и одной из ее планет, которые сняты при помощи адаптивной оптики на VLT. По этим данным астрономы могут частично определить состав атмосферы планеты. В спектре заметны несколько артефактов инструмента, например, внутренние переотражения и блики (Ghosts), а также дифракционные кольца. Изображение с сайта eso.org



Опубликованное видео орбитального движения смонтировано из изображений, полученных наблюдениями на одном из телескопов обсерватории Кека на протяжении семи лет. На нем великолепно видно движение всех четырех планет на их орбитах. Это стало возможным благодаря тому, что все планеты большие, — по оценкам их массы составляют 9, 10, 10 и 7 масс Юпитера, — и находятся достаточно далеко от своей звезды: на удалении 14,5, 24, 38 и 68 а. е. соответственно (для сравнения: Сатурн в среднем удален от Солнца на 9,5 а. е., Уран — на 19,2 а. е., а Нептун — на 30 а. е.). Периоды обращения составляют примерно 45, 100, 190 и 460 лет. Несмотря на это, вращение всех планет за 7 лет прекрасно заметно. Компьютерная программа позволила заполнить разрывы в движении и сделать картинку более плавной, чем если бы она была составлена только из отдельных кадров.


Кроме планет, у звезды есть и огромный пылевой диск, который тоже активно изучается астрономами (в основном, при помощи инфракрасного космического телескопа «Спитцер» — как уже говорилось, HR 8799 обладает избыточным ИК-излучением за счет диска, подобно Веге). Это значит, что планетная система достаточно молодая и осталось еще много «остатков» после образования планет. Диаметр диска, состоящего из трех компонентов (горячая пыль температурой 150К, холодная — температурой 45К и широкое гало из маленьких холодных пылинок), — две тысячи астрономических единиц, что в 25 раз больше диаметра орбиты Плутона. Возможно, в будущем этот диск своей массой нарушит стабильность юной планетной системы и разрушит ее.


Пылевой диск вокруг звезды HR 8799. Изображение получено инфракрасным телескопом «Спитцер». Маленькой точкой в центре показаны размеры орбиты Плутона. 

***

https://astrobiology.nasa.gov/news/a-four-planet-system-in-orbit-directly-imaged-and-remarkable/