za_neptunie (za_neptunie) wrote,
za_neptunie
za_neptunie

Текущие и будущие перспективы исследования ближайшей экзопланеты (часть 2)



   Окончание обзора по ближайшей экзопланете.
 



Можно ли обнаружить радиоизлучение с планеты?

    Интересным вопросом является возможность регистрации, как естественного радиоизлучения (от магнитосферы планеты), так и искусственного радиоизлучения (от возможной местной внеземной цивилизации). Сама ближайшая звезда известна, как гигагерцовый радиоисточник уже много десятилетий (как и другие известные вспышечные красные карлики). Так Проксима Центавра была включена в список 275 радиозвезд для калибровки астрометрической миссии Гиппарх.



   В 2014-2016 года были произведены попытки обнаружить радиоизлучение системы на длине волны в 154 мегагерца. Наблюдения с помощью австралийского низкочастотного массива MWA (Murchison Widefield Array) в течение 5 часов позволили установить верхний предел на этой частоте в 42.3 миллиЯн (статистический уровень доверия 3 сигм).



    Затем к радиомониторингу ближайшей звезды подключился проект Breakthrough Listen российского миллионера Юрия Мильнера. Проксима Центавра стала первой целью южного радиотелескопа проекта – 64-метровой антенны в австралийском Парксе. В рамках проекта Мильнера радиотелескопы ищут узкополосные радиосигналы на нескольких миллиардов возможных частот в диапазоне от 1 до 10 гигагерц.

    Обсуждается возможность регистрации радиоизлучения от магнитосферы планеты Проксима b. Максимум подобного излучения должен приходиться на 0.3-0.8 мегагерц и должен быть равен 6-83 миллиЯн. По причине того, что земная ионосфера не пропускает космическое радиоизлучение с частотой меньше 10 мегагерц, то данная задача может быть решена с помощью будущих радиотелескопов космического базирования (к примеру, размещенных на обратной стороне Луны). В настоящее время проекты подобных радиотелескопов активно разрабатываются, в том числе и в России.




Является ли Проксима b транзитной планетой?


   Выше уже неоднократно говорилось, что из-за неизвестного угла наклонения орбиты планеты Проксима b невозможно пока определить даже её точную массу. Поэтому возлагаются большие надежды на непосредственное обнаружение отраженного или собственного теплового излучения от планеты. В тоже время существует небольшая вероятность (1.5%), что планета затмевает свою звезду (то есть является транзитной). В этом случае процесс изучения планеты упрощается на много порядков: становится возможным узнать и наклонение орбиты, и её настоящую массу, и радиус, и среднюю плотность, а также химический состав атмосферы на основе транзитного спектра.

    Теоретически определить наклонение орбиты планеты можно с помощью астрометрического метода. Расчеты показывают, что амплитуда астрометрических колебаний траектории звезды из-за орбитального движения планеты должна составить 2-30 угловых микросекунд:



   Серая область на схеме выше показывает предполагаемую массу планеты, при которой она уже не будет являться каменной планетой по своему составу. Для сравнения миссия Гайя для красных карликов 5-14 звездной величины способна получить точность измерений в 5-16 угловых микросекунд. Тем самым остаётся возможность, что с помощью миссии Гайя удаться радикально ограничить массу и наклонение орбиты планеты.

     Окончательные данные миссии Гайя будут доступны не ранее 2022 года. Поэтому параллельно осуществляются поиски транзитов планеты в доступной фотометрии звезды. Так ещё в 2014 году стало известно о поиске транзитных планет в системе звезды с помощью космического телескопа MOST. Недавно были опубликованы результаты этих поисков. Телескоп MOST наблюдал звезду 14.5 суток в мае 2014 года и 31 суток в мае 2015 года. По причине нахождения на низкой околоземной орбите космический телескоп мог наблюдать звезду только 30% времени каждого витка в 2014 году и 50% времени каждого витка в 2015 году. Измерения проводились через каждые 63 секунды. В результате в 2014 году было получено 2600 фотометрических измерений, а в 2015 году 13000 фотометрических измерений соответственно. График усредненной фотометрии на интервалах в 5.3 минуты и по каждой орбите (жирные черные отметки):



   Анализ собранных данных обнаружил три возможных кандидата (сигналы С, S и T). Для проверки этих сигналов использовались данные наземного транзитного обзора HATSouth. Данный обзор получил для звезды 11071 фотометрических измерений (по 3 80-секундные экспозиции) между 14 июня 2012 и 20 сентября 2014 года. Среднее время интервала между наблюдениями составило 368 секунд. График усредненной фотометрии на интервалах в 240 секунд и по каждой ночи (жирные черные отметки):



    Проверка сигнала С в независимых данных показала HATSouth , что он плохо удовлетворяет модели транзита планеты:



    Тем не менее авторы исследования отмечают необходимость проверки сигнала С в инфракрасном диапазоне, где звезда значительно ярче, и следовательно есть возможность получить большую точность фотометрии. В связи с этим называются инфракрасные телескопы MEarth и Спитцер.

     По всей видимости, подтверждение этого сигнала продолжилось дальше. В сентябре 2016 году на сайте космического телескопа Спитцер появилась внеплановая программа под номером 13155. Наблюдения продолжительностью 21 час прошли 14-16 ноября. Затем уже в этом году в архиве наблюдательных программ Южной Европейской обсерватории (ESO) появилась еще одна короткая (длительностью в 0.75 ночи) внеплановая программа под названием “Confirming the transit of the nearest Habitable Zone Earth-mass planet, Proxima b“ (“Подтверждение транзита Проксима b“). Наблюдения по этой программе с использованием 8-метрового телескопа VLT и инфракрасного спектрографа HAWKI (рабочий диапазон 0.9-2.5 микрон) прошли 13-14 мая. Затем в ESO была одобрена новая внеплановая программа с таким же названием для наблюдений 27-28 июня с длительностью в 0.85 ночи.

       На недавней конференции ERESS III появился доклад о ещё одной попытке обнаружить транзит Проксима b. В нём авторы проанализировали фотометрию ближайшей звезды, полученную с помощью роботизированной сети телескопов SKYNET и ряда других телескопов в 2006-2017 годах. Наблюдения проводились в 230 разных ночей:





   В докладе представлены результаты поиска транзитов для Проксима b:



  Крупнее:



    Как видно на последнем графике в месте ожидаемого транзита (отметка 0 на фазовой кривой) действительно наблюдается транзито-подобное событие продолжительностью около одного часа и глубиной 0.5% (возможный частичный транзит). Похожие детали наблюдаются и на других участках фазовой кривой, поэтому неизвестно является ли эта деталь транзитом реальной планеты или просто случайным артефактом от наложения инструментального шума и активности звезды. Анализ всей фотометрии с целью поиска транзитных планет алгоритмом ВSL с периодами от 1 до 25 суток показывает более статически значимые кандидаты (пики на 5.9, 13.3, 15.3 и 26.6 суток):




Насколько активна Проксима Центавра по сравнению с нашим Солнцем?

     После официального объявления об открытии ближайшей потенциально обитаемой экзопланеты началось детальное обсуждение свойств её звезды. Проксима Центавра характерна следующими особенностями:

1) Частые вспышки



    Так как в последние годы развернулись активные поиски возможных транзитов от планеты, то большое количество собранной фотометрии позволяет изучить и детальную статистику вспышек. В фотометрии телескопа MOST за 37.6 суток обнаружено 66 отдельных вспышек с энергией от 1029 до 1031.5 erg. Частота вспышек ниже, чем у более молодых классических вспышечных звезд типа UV Кита. В тоже время вспышечная активность является повышенной по сравнению с похожими звездами по возрасту и периоду вращения. Сравнение звезды с другими вспышечными звездами по частоте вспышек с энергией в 1030.5 erg:



   Аппроксимация статистики наблюдаемых вспышек говорит, что более слабые вспышки с энергией в 10^28 erg и амплитудой в 0.5% от яркости звезды должны происходить примерно 63 раза в сутки (каждые 22 минуты!). Такие вспышки сильно усложняют поиск транзитов Проксима b. Также эта аппроксимация говорит, что примерно 8 раз в год у звезды должны происходить супервспышки с энергией в 10^33 erg. Подобные вспышки должны оказывать сильное влияние на атмосферу планеты в системе. Самые сильные вспышки в выборке MOST увеличивали яркость звезды на 50%:



    Для сравнения яркость Солнца во время вспышек в оптическом диапазоне увеличивается лишь на несколько долей процента.


2) Звездные циклы



    Как известно, у нашего Солнца существует 11-летний цикл активности. Недавняя работа анализирует оптические, ультрафиолетовые и рентгеновские наблюдения звезды за много лет. Оптические наблюдения охватывают 15 лет наблюдений обзора ASAS в фильтре V (1085 ночей) и 3 года наблюдений в фильтре I (196 ночей). Ультрафиолетовые и рентгеновские наблюдения с различных космических телескопов охватывают 22 года. Эти данные подтверждают ранее известный период вращения звезды в 83 дня и предполагают 7-летний цикл активности звезды:



    Анализ линии водорода в оптических спектрах спектрографов UVES и HARPS за 13 лет также подтверждают период вращения в 82.6 ± 0.1 суток.


3) Полный спектр звезды

    Недавняя работа синтезирует полный звездный спектр из различных источников от 0.7 до 30 тысяч нанометров. Из полного спектра следует, что планета Проксима b должна получать жесткое излучение (от рентгена до оптики) в размере 0.293 Ватт на квадратный метр, что в 60 раз больше, чем получают верхние слои атмосферы Земли от Солнца. Суммарное излучение звезды на планете составляет 877+/-44 Ватт на квадратный метр или 64+/-3% от величины полного излучения Солнца для верхних слоев атмосферы Земли. Полный спектр звезды был получен в основном из данных космических телескопов:





    Сравнение уровня звездного излучения для верхних слоев атмосферы у Проксимы b и Земли на разных длинах волн электромагнитного спектра:



   Как видно из схемы планета Проксима b получает от своей звезды примерно в тысячу раз больше рентгеновского излучения, чем Земля от Солнца. Более того, именно в этом диапазоне электромагнитного спектра местная звезда обладает наибольшей переменностью по причине вспышек:



   Казалось бы, такая переменность исключает биосферу на планете, однако астрофизики предложили механизм биофлюоресцентного излучения наподобие земных кораллов, которые преобразуют поглощаемое излучение в более длинноволновое.



   Полный спектр звезды показал, что на длине волны в 3-30 микрон звезда излучает на 20% больше энергии, чем следует из звездных моделей. Это может говорить о наличие большого количества теплой пыли в системе. Кроме того следует отметить, что звезда никогда не наблюдалась в дальнем инфракрасном диапазоне. В связи с этим не исключено и наличие в системе аналога нашего пояса Койпера.

    Эволюционные звездные модели показывают, что Проксима b находится внутри классической зоны обитаемости больше 4 миллиардов лет:



    Моделирование космических лучей в окрестностях Проксима b показывает, что из-за близости планеты к магнитному полю звезды космические лучи галактического происхождения будут практически отсутствовать до энергий в один тераэлектронвольт. С другой стороны космические лучи звездного происхождения будут ускоряться в звездных вспышках. В связи с этим интенсивность протонов там будет на 3-4 порядка выше, чем в солнечных вспышках на Земле. Похожее значение (2000-кратная разница в интенсивности звездного ветра у Проксима b и Земли) было получено и в другой работе.


Действительно ли Проксима Центавра входит в состав тройной звездной системы?



    Проксима Центавра была впервые обнаружена в 1915 году в двух угловых градусах от ближайшей на тот момент звездной системы Альфа Центавра. Схожесть собственного движения и параллакса всех трех звезд говорила о том, что они являются частью одной тройной системы. Но по причине того, что звезды разделяли 15 тысяч астрономических единиц, точных доказательств о гравитационной связи не удалось получить больше сотни лет. Даже в 2006 году расчеты показывали, что вероятность того, что Проксима Центавра обращается вокруг пары звезд Альфа Центавра составляет 44%. Уже тогда расчеты предполагали, что ближайшая звезда находится вблизи апоцентра своей орбиты. Но только в 2017 году удалось более-менее точно определить примерную орбиту у ближайшей звезды:



    Ожидается, что примерно через 300 тысяч лет угловое разделение между Проксима и Альфа Центавра уменьшится в 4 раза – до половины углового градуса:





Возможно отправить исследовательский зонд к планете в ближайшем будущем?

     После официального анонсирования открытия планеты у Проксима Центавра появилась интересная идея, как с помощью солнечного парусника посетить все звезды тройной системы за 141-летнюю космическую миссию.



   Также были произведены подобные вычисления и для других близких звезд. Эти расчеты показали, что Сириуса можно достичь даже быстрее: за 69 лет против 101 для Альфа Центавра А:





Ведутся ли поиски потенциально обитаемых планет у других очень близких звезд?


    После успеха программы Pale Red Dote в 96 наблюдательном семестре ESO, в 99 семестре (с весны 2017 года) началась 90-часовая программа Red dots : all red terrestrial planets within 5 pc. Как следует из названия, её целью является обнаружение всех потенциально обитаемых планет в радиусе 5 парсек.

     В радиусе 10 парсек известно около 200 красных карликов (слайды с конференции AАS-229):



     Поэтому кроме программы “Red Dots : All Red Terrestrial Planets Within 5 pc” группа Микко Туоми расширяет выборку красных карликов для поиска планет в архивных измерениях лучевых скоростей с 41 (в 2014 году) до 426. Ожидается, что результаты нового анализа будут опубликованы к 2018 году:



    Последние статистические данные (в первую очередь телескопа Кеплер) говорят о том, что в среднем на каждый красный карлик приходится как минимум по 3 планеты:







    В настоящее время в радиусе 5 парсек известны три потенциально обитаемые экзопланеты:







    В заключение перейдем к теоретическим статьям, которые пытаются смоделировать условия на планете.


Как образовалась планета и из чего она состоит?


    Предложено четыре сценария образования планеты. Эти сценарии можно разделить на две основные группы:
1) Планета сформировалась с внешней стороны от снеговой линии в многопланетной резонансной системе, а затем мигрировала к своей звезде. В этом случае Проксима b может являться мининептуном или океанидой.
2) Планета сформировалась в относительном одиночестве внутри снеговой линии. В этом случае планета является большей частью железокаменной с небольшим количеством летучих веществ (летучие вещества могли быть принесены позже через падение комет).

    В настоящее время обнаружено и исследовано несколько транзитных планет из первой и второй группы с измеренной массой и средней плотность, что позволяет понять внутреннюю структуру этих планет. Примеры из первой группы (планетные системы Кеплер-138, Кеплер-444 и TRAPPIST-1) показывают, что даже землеразмерные планеты могут обладать низкой плотностью, больше свойственной газовым гигантам, чем железокаменным планетам. Массы этих планеты измерены с помощью метода тайминга транзитов, так как большинство планет в этих системах находятся в кратных орбитальных резонансах к друг другу. Ко второй группе можно отнести планеты системы Кеплер-10 и LHS 1140.

    Факт того, что система Проксима Центавра не показывает явных свидетельств наличия дополнительных планет сравнимой массы на резонансных орбитах может стать доказательством принадлежности Проксима b ко второй группе железокаменных планет без значимой миграции в прошлом (отсутствие большого количества летучих соединений). В заключение одной из публикаций говорится, что Проксима b может стать в недалеком будущем четвертой планетой земной группы после Земли, Венеры и Марса по суммарному объему знаний о подобных планетах.



Tags: Проксима Центавра, Южная Европейская Обсерватория, близкие звезды, метод лучевых скоростей, обзор, потенциально обитаемая планета, экзопланеты
Subscribe
promo za_neptunie july 10, 2014 20:36 8
Buy for 30 tokens
Число постов в блоге перевалило за сотню, поэтому я решил систематизировать их по различным тематиками. Это поможет мне и моим читателям быстрее находить в блоге интересную информацию. Последнее обновление от 4 августа 2014 года Венера Новая книга о Венере Венера-Экспресс готовится к…
  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 16 comments