Ночь за ночью, звезда за звездой астрономы все ближе и ближе узнают, насколько Вселенная — или, хотя бы, наша галактика Млечный путь — наполнены различными планетами. Через четверть века после того, как были найдены первые экзопланеты, вращающиеся вокруг других звезд, статистика из тысяч известных нам миров в настоящее время показала, что в среднем каждый звездный обитатель Млечного Пути должен сопровождаться по крайней мере одной планетой. Тщательно наблюдайте за любой звездой в нашей галактике, и практически гарантированно рано или поздно вы найдете экзопланету, а то и не одну.
Борьба с этими астробиологическими тайнами требует новых поколений телескопов и космических аппаратов для поиска и изучения признаков обитаемости и жизни за пределами Солнечной системы. Но доказательства за или против «одинокой переполненной» Вселенной могут быть удивительно близки, в астрономических масштабах. В 2016 году исследования наконец показали, что существует мир размером с Землю по соседству, на подходящей орбите вокруг самой маленькой звезды системы Центавра — это самые близкие к нашему Солнцу звезды, находящиеся на расстоянии всего в 4.4 световых года. Теперь же найдена еще одна экзопланета, находящаяся очень близко в нам по космическим меркам. Этот мир вращается вокруг звезды Барнарда, расположенной в 6 световых годах от нас. Пока что его условно назвали Барнард b, а сам он является холодной супеземлей. В открытии этого мира участвовала международная команда из более чем 60 астрономов, работающих на обсерваториях всего мира, а само открытие подробно описано в исследовании от 14 ноября в журнале Nature. Оно открывает путь для будущих исследований и сравнений этих двух планетарных «экзососедей», ближайших к нашей Солнечной системе.
Замерзшая суперземля или водородный парниковый мир?
«Если вы живете в городе с миллионами людей, вы не заинтересованы в встрече с каждым из них, но, возможно, вы хотите встретиться со своими ближайшими соседями», —говорит ведущий автор исследования Игнаси Рибас, астроном Института космических исследований Каталонии в Испании. «Это то, что мы делаем с экзопланетами, которые нас окружают. Иначе мы не сможем ответить на важные вопросы. Как Солнечная система и наша Земля вписываются в остальную Вселенную? Существуют ли другие обитаемые или необитаемые планеты? Звезда Барнарда пока не дает нам этих ответов, но она может рассказать часть истории, которую нам нужно знать».
Лучшее изображение звезды Барнарда.
Расположенная в созвездии Змееносца, звезда Барнарда настолько тусклая в видимом свете, что ее невозможно увидеть невооруженным глазом. Тем не менее, она была одной из самых любимых астрономами с 1916 года, когда измерения показали, что ее видимое движение по небу было больше, чем у любой другой звезды по отношению к нашему Солнцу — признак ее чрезвычайно близкой космической близости. Близость звезды к нам только временная — в течение ближайших десятков тысяч лет траектория «вынесет» ее из списка пяти самых близких звезд к нашей Солнечной системе.
По словам Рибаса и его коллег, потенциальная планета по крайней мере в три раза тяжелее нашей собственной и вращается вокруг своей звезды на 233-дневной орбите. В нашей Солнечной системе это поместило бы ее в жаркую область недалеко от Венеры, но звезда Барнарда — сравнительно небольшой и тусклый красный карлик. Это означает, что ее новообретенный спутник находится вблизи «снеговой линии» — границы, за которой вода почти исключительно существует в замороженном виде.
Там Барнард b получает лишь 2% от того света, что Земля получает от Солнца — достаточно, чтобы нагреть планету в среднем до -150 градусов по Цельсию. Рибас предполагает, что планета скалистая и покрыта толстыми слоями льда, с поверхностью, схожей с таковой у замерзших лун Юпитера и Сатурна. Шансы на развитие жизни кажутся малыми для такого мира — если только он не схож с теми же самыми лунами в том, что обладает подповерхностным океаном, жидким от внутреннего тепла планеты. В этом случае океан должен будет очень долго оставаться теплым — возможно, все время существования планеты, возраст которой составляет от 6 до 11 миллиардов лет: он получен из общих оценок возраста звезды Барнарда. Для сравнения, Земле «всего» 4.5 миллиарда лет.
В качестве альтернативы планета может быть покрыта толстым изолирующим одеялом из водорода, оставшимся с момента ее рождения во вращающемся вокруг звезды диске газа и пыли. Хотя водород в меньших более горячих мирах рассеется в космос, суперземлям на холодных орбитах может удастся удержать достаточно газа, чтобы создать серьезный парниковый эффект — возможность, которая перечеркивает идею области Златовласки. Если этот механизм работает на планете Барнард b или других холодных сверхземлях, «наши мечты о том, что у каждой звезды может быть обитаемая планета, вполне могут сбыться», — говорит Сара Сигер, астрофизик, охотящийся за планетами в Массачусетском технологическом институте, не участвующая в исследовании Рибаса.
Призрачная история
Некоторые миры, увы, слишком хороши, чтобы по-настоящему существовать. В 1963 году голландский астроном Питер Ван де Камп лихо «обнаружил» планеты вокруг звезды Барнарда, связав предполагаемые сдвиги в движении звезды в плоскости неба с гравитационным влиянием невидимых миров. К 1970-ым годам доказательства предполагаемых планет Ван де Кампа испарялись под пристальным наблюдением, и, в конце концов, были связаны с различными ошибками его наблюдений. Несмотря на все это, вера Ван де Кампа в свои открытия оказалась непоколебимой: он продолжал настаивать на том, что планеты были подлинными в течение оставшихся десятилетий его жизни.
Художественное изображение планеты Барнард b.
Эта поучительная история все еще преследует охотников за экзопланетами. Опасения остаются, хотя современные доказательства существования планеты рядом со звездой Барнарда гораздо более надежны. В конце концов, если история с несуществующей планетой повторится вновь, это будет большой конфуз. «В свете шумихи вокруг этой звезды авторы достаточно уверены, чтобы не быть голословными», — говорит Игнас Снеллен, астроном из Лейденского университета в Нидерландах, который не принимал участия в исследовании. «Это очень сложные измерения!»
Измерения настолько сложны, что все еще остаются скептики. «Поскольку планеты есть повсюду, я полагаю, что вокруг звезды Барнарда должны быть планеты», — говорит Дебра Фишер, астроном и давний охотник за экзопланетами в Йельском университете, которая не была связана с предполагаемым открытием. «Там даже может быть планета с массой в несколько земных и периодом в 233 дня. Но этот анализ, на мой взгляд, не дает достаточно веских доказательств».
Напротив, Ксавье Дюмуск, астрофизик Женевской обсерватории в Швейцарии, также не связанный с исследованием Рибаса, находит доказательства существования Барнард b убедительными. «С точки зрения вероятности того, что эта планета существует, я думаю, не может быть никаких сомнений», — говорит он. «Ее сигнатура действительно ясна».
Случай со звездой Барнарда является замечательным примером согласованности работы ученых всего мира: сбор и анализ данных занял более 20 лет, были проведены сотни измерений на семи крупнейших телескопах мира. Каждое измерение отслеживает радиальную скорость звезды, которая может колебаться взад-вперед синхронно с орбитальным «буксиром» от сопутствующих планет. Сигнал, приписываемый планете Барнард b, представляет собой колебание чуть более метра в секунду — эффект, сравнимый по масштабу с ходьбой, что легко можно списать на различную звездную активность или инструментальные ошибки. Его появление на протяжении двух десятилетий настоятельно свидетельствует о том, что сигнал не связан с ошибками измерений, но не исключает окончательно звездную активность, потому что она устроена достаточно сложно. Даже самые опытные астрономы, использующие метод планетарного буксира, зачастую «открывали» сенсационные новые миры, которые в конечном счете оказывались иллюзорными.
Различные методы обнаружения экзопланет. В нашем случае используется метод 5, когда планета несколько «сбивает» вращение звезды, что можно обнаружить в течение долговременного наблюдения.
Здесь звезда Барнарда делает большую услугу астрономам. На самом деле она одна из самых спокойных из известных звезд, что делает ее почти идеальной для работы с радиальной скоростью. Рибас и его коллеги настаивают, что они извлекли необходимые уроки из прошлых притязаний на призрачные миры. Интенсивный массив последующих наблюдений в значительной степени исключил влияние звездных пятен и других очевидных источников «планетарной мимикрии», говорит Рибас. Авторы исследования также провели более полумиллиона симуляций, чтобы вынести заключение: вероятность того, что за планету отвечают звездные эффекты, составляет менее 1%. «Я на 99% уверен, что планета существует», — говорит Рибас. «Но мы помним историю Питера Ван де Кампа. Если кто-то докажет, что мы не правы, я уступлю! Я бы не хотел стать Ван де Кампом 21-го века».
Время делать снимки?
Так или иначе, уверенность в этом спорном кандидате в экзопланеты может прийти очень скоро. Уже сейчас работа команды исключила любые планеты размером с Землю на орбитах в 40 дней или меньше вокруг звезды Барнарда, хотя она также обнаружила шаткие, пока еще неподтвержденные намеки на другую планету, скрывающуюся намного дальше. (Увы, Ван де Камп, такая планета, вероятно, все еще будет плохо соответствовать вашим «открытиям»). Сотни дополнительных измерений радиальной скорости с помощью существующих и будущих приборов помогут еще больше повысить уверенность в реальности кандидата, такие как предстоящие данные с космического корабля Gaia Европейского космического агентства, который будет отслеживать движения звезды Барнарда и более миллиарда других звезд в своих усилиях по созданию трехмерной карты Млечного Пути.
Хотя это крайне маловероятно, планета может случайно точно попасть на прямую со звездой Бернарда и нашей Землей, что позволит ее засечь транзитным методом, когда она проходит по диску своей звезды. Работоспособность этого метода отлично продемонстрировал телескоп Кеплер, который нашел таким образом сотни экзопланет. Но, увы, большинство планет никогда не попадают на такую прямую, особенно те, которые находятся на широких орбитах вокруг своих звезд — и, к сожалению, Барнард b к ним относится.
Однако относительно большое расстояние между планетой и ее звездой дает еще более многообещающую и мучительную возможность — перспективу сфотографировать ее или получить «прямое изображение», как сказал бы астроном. Снимок Барнард b мог бы показать много интересных вещей, и, самое главное, рассказать об истинной природе этой экзопланеты — является ли она замороженной сверхземлей, водородным парниковым миром или, возможно, чем-то тем, о чем теоретики еще даже не мечтали. С таким изображением астрономы могли бы приблизиться на один важный шаг к разгадке тайны одиночества Земли в нашей переполненной Вселенной.
Художественное изображение телескопа Джеймса Уэбба.
В 2020-е годы новое поколение чрезвычайно крупных наземных телескопов выйдет в онлайн, что поможет решить эту задачу. Каждый из них будет оснащен зеркалом для сбора звездного света диаметром около 30 метров или более, которое сможет различать слабые фотонные выбросы планеты. Кроме того, по мнению экспертов, первые приборы, получающие снимки планет в таких обсерваториях, будут оптимизированы для ИК-диапазона — плохой выбор для поиска вероятного ледяного мира. Вместо этого лучше возлагать надежды на следующую запланированную космическую обсерваторию НАСА после телескопа Джеймса Уэбба, получившую название WFIRST, которая является своего рода дополнением для космического телескопа Хаббла.
Конечно, если ее вообще запустят — Белый дом попытался отменить проект в последних регулированиях бюджета. Текущий план требует, чтобы WFIRST включал коронограф — инструмент для блокирования звездного света, чтобы можно было увидеть свет от тусклых экзопланет, однако в планах пока что «скучные» гигантские миры из-за отсутствия подходящих меньших кандидатов, существующих вокруг близлежащих звезд. Но если планета Барнард b реальна, получение ее изображения с помощью WFIRST «может быть легко осуществимым», — говорит Джереми Касдин, астрофизик Принстонского университета, ведущий разработку коронографа WFIRST. «Все должно быть в полном порядке... в лучшем случае это будет сложно, но возможно».
