za_neptunie (za_neptunie) wrote,
za_neptunie
za_neptunie

Продолжается уточнение статистики одиночных планет



    Современные теории планетобразования прогнозирует, что большое количество образующихся планет в молодых звездных системах будут выбрасываться в межзвездное пространства из-за гравитационных возмущений между планетами и звездами. Однако до сих пор в большинстве случаев статистика этих межзвездных объектов остаётся покрытой мраком тайны по причине крайней сложности обнаружения таких планет. Наиболее эффективными способами обнаружения блуждающих планет остаётся фотографирование и метод гравитационного микролинзирования.


    Проще всего сфотографировать блуждающие планеты в областях звёздообразования, так как их поверхность сильно нагрета, и в результате они являются яркими источниками инфракрасного излучения. Поэтому первые одиночные массивные планеты (массой в несколько масс Юпитера) были сфотографированы в молодом звездном скоплении сигма Ориона еще в 1999-2000 годах.



   Первые оценки показали, что число одиночных планет и коричневых карликов может быть сравнимо с числом звезд. Однако дальнейшие (более тщательные) наблюдения крупнейших инфракрасных телескопов смогли обнаружить только небольшое количество таких планет. По полученным оценкам число одиночных массивных планет было в десятки раз меньше, чем число звезд в молодых скоплениях:



   С другой стороны инфракрасный всенебесный обзор неба WISE обнаружил ближайшую массивную одиночную планету (WISE 0855−0714 с оцениваемой массой в 3-10 масс Юпитера) всего в двух парсек от Солнечной Системы:



   Будущие более совершенные инфракрасные наземные и космические должны помочь лучше оценить количество одиночных планет.

  Ещё более результативным методом в изучение статистики одиночных планет стал метод микролинзирования. Если фотографический метод способен обнаруживать лишь массивные одиночные планеты массой в несколько масс Юпитера, то возможности метода микролинзирования позволяют обнаружить одиночные объекты с массой равной массе Луны и даже меньше.

   Первая научная публикация по теме обнаружения одиночных планет с помощью метода микролинзирования появилась в 2011 году. Исследования были выполнены на новозеландском обзорным телескопом MOA II. Несмотря на то, что события микролинзирования даже в направление центра Галактики происходят очень редко (примерно 1 событие в год на 1 миллион звезд), они позволяют производить детальную перепись галактических объектов различных масс. Чем меньше масса объекта, тем более короткое по времени событие микролинзирования оно вызывает. К примеру, если звезда с массой нашего Солнца вызывает возмущение длительностью в 30 суток, то одиночная планета массой с наш Юпитер лишь в несколько дней, а одиночная планета массой с нашу Землю лишь раз в несколько часов. Для того чтобы регистрировать различные события (как короткие, так и длительные), астрономы наблюдают различные поля с различной периодичностью. В 2006-2007 году проект MOA II наблюдал одни поля раз в час, а другие раз в 10 минут:



   При анализе этих наблюдений за два года было найдено 474 одиночных события микролинизрования. У 10 из них длительность события была меньше 2 суток, то есть, это были вероятные блуждающие планеты-гиганты. Эти события одновременно наблюдались и другим микролинзовым обзором — OGLE III.



   После учета всевозможных эффектов наблюдательной селекции астрономы пришли к выводу, что обнаруженные события говорят, что блуждающие планеты с массой около массы Юпитера встречаются от 1 до 3.5 штук на каждую звезду в нашей галактике.



   Несколько планет на каждую звезду означает, что ближайшая подобная планета будет находиться лишь незначительно ближе ближайшей звезды (наше пространство состоит из трех пространственных измерений). Эта оценка вступала в значительное противоречие с теоретическими выкладками. По расчетам количество выброшенных одиночных планет должно было быть в 13 раз меньше, чем следовало из оценок проекта MOA II:



   Возможное объяснение такого существенного различия пытались найти с помощью планетных систем у двойных (кратных) звездных систем или ошибочной интерпретацией регистраций событий микролинзирования от долгопериодических планет.

   На основе аппроксимации результатов обзоров микролинзирования было оценено, что в галактике число планет с массой между массой Луны и массой в несколько масс Юпитера (или массой от одной сто миллионной до одной сотой массы Солнца) должно в 100 тысяч раз превышать число звезд.

   В дальнейшем был произведен поиск событий микролинзирования от небольших блуждающих планет (или первичных черных дыр) в собранных данных телескопа имени Кеплера за первые два года наблюдений. В результате было найдено несколько возможных кандидатов кратковременных событий микролинзирования, которые были признаны недостаточно достоверными. Из нулевого обнаружения событий микролинзирования был сделан вывод, что тела массой от 2x10-9 до 3x10-8 масс Солнца имеют среднюю плотность в пространстве меньше, чем 0.0079 масс Солнца на кубический парсек. Это переписывается в верхний предел примерно равный 100 миллиардов блуждающих планет небольшой массы на один кубический парсек.



 Слайд о поисках событий микролинзирования в фотометрии телескопа Кеплер. Черная линия означает анализ данных за 2 года, синяя пунктирная линия - это ожидаемые результаты при анализе фотометрии за 8 лет (в то время не было известно, что телескоп сможет наблюдать только 4 года). Источник.

   На вышеприведенной схеме так же показан метод femtolensing, который позволяет проводить поиск событий микролинзирования от ещё менее массивных тел: с массой примерно равной астероидам размером в несколько километров. Для этого анализируются гамма-всплески с известным расстоянием (красным смещением).

   После неудачной попытки найти события микролинзирования в фотометрии космического телескопа Кеплер был использована крупнейшая камера 8-метрового телескопа Субару. С целью обнаружения кратковременных событий микролинзирования телескоп получил за целую ночь почти 200 снимков близкой галактики М31, на которых видно 100 миллионов звезд до 25 звездной величины.





















    Среди 10 тысяч найденных на снимках переменных источников было обнаружено одно возможное событие микролинзирования, которое требует проверки в ходе дальнейших наблюдений. Новые наблюдения позволили улучшить пределы телескопа Кеплера примерно на 2 порядка, то есть получить верхний предел в миллиард блуждающих планет на кубический парсек.

   Совсем недавно появилась работа, в которой говорится о возможном обнаружение событий микролинзирования от одиночных внегалактических планет. Предположение было сделано на основе анализа возмущений определенных спектральных линий квазара RXJ 1131−1231, удаленного на 3.8 миллиардов лет от Земли (z=0.295), который наблюдался рентгеновской космической обсерваторией Чандра. В результате было оценено, что масса одиночных планет может составлять больше 0.1% от массы гало галактик, что означает, что число одиночных планет с массой от массы Луны до массы Юпитера может превышать число звезд в 2 тысячи раз.



  Комбинированное изображение квазара RXJ 1131−1231, полученное с помощью космических телескопов Хаббл и Чандра. Источник.

   В целом наблюдения рентгеновских телескопов всё чаще используются для изучения статистики астрофизических объектов (к примеру, для определения размера популяции объектов облака Оорта).

   В 2017 году появилась ещё одна работа по теме статистики одиночных планет, полученная с помощью анализа событий микролинзирования. Эта работа (принята к публикации в очень авторитетном журнале Nature) посвящена поиску событий микролинзирования с небольшой длительностью в данных микролинзового обзора OGLE IV. Этот обзор получил в 2010-2015 годах фотометрию около 50 миллионов звезд на участке неба площадью 12.6 кв. градусов в направлении центра нашей галактики. Звездные поля наблюдались с интервалом в 20-60 минут. Для сравнения в работе 2011 года анализировалась фотометрия также примерно 50 миллионов звезд с интервалом между наблюдениями в 10-50 минут.




  В результате в данных удалось обнаружить 2617 событий микролинзирования. Среди них не оказалось ни одного достоверного события микролинзирования с длительностью между 1 и 2 сутками. Это накладывает нижний предел в частоте блуждающих планет или планет с очень большими периодами обращения и массой с Юпитер в 0.25 на каждую звезду в галактике. В данных удалось обнаружить лишь несколько возможных событий микролинзирования с длительностью в 0.5-1 суток. Их достоверность сложно определить по причине разрывов в наблюдениях из-за наступления светового дня. Если данные события действительно являются событиями микролинзирования, то популяцию блуждающих планет или планет с очень большими периодами обращения и массой с Юпитер можно оценить в 0.05 на каждую звезду в галактике (с 8% вероятностью).
   В тоже время в данных удалось найти сразу 6 четких событий микролинзирования короче 0.5 суток (их длительность заключена между 2 и 6 часами):





    Вероятно, что данные события вызваны блуждающими землями и суперземлями или планетами с очень большими периодами обращения схожей массы. Из регистрации подобных событий авторы делают вывод о большой популяции небольших блуждающих планет. Если блуждающие планеты массой в 5 масс Земли встречаются в 5 раз чаще звезд, то число их зарегистрированных событий микролинзирования в данных должно было быть равно 2.2. Для более реалистичного случая, когда планеты массой в одну массу Земли встречаются в 5 раз чаще звезд, число их возможных регистраций должно было быть на 25% меньше. В целом из числа обнаруженных событий авторы получают, что на каждую звезду может приходиться 10 и более блуждающих планет массой с Землю:



   Тем самым ближайшие блуждающие планеты к Солнечной Системе могут находиться в несколько раз ближе, чем самые близкие звезды (на расстояние около одного светового года).

   Вышеприведенная оценка может быть скоро уточнена, так как в ближайшее время ожидается публикация результатов двух микролинзовых кампаний продленной миссии космического телескопа Кеплер.



   Моделирование говорило, что в ходе этих наблюдений, возможно, обнаружить блуждающие планеты массой около 20 масс Земли:



   Эти наблюдения осуществлялись совместно с наземными обсерваториями и космическим телескопом Спитцер, что в дополнение позволяло определить параллакс регистрируемых событий микролинзирования.

    Кроме того, ранее было известно о том, что в фотометрии этого телескопа для скопления NGC 2158 удалось найти возможное событие микролинзирования длительность всего в 0.36 суток:



   Это скопление Кеплер наблюдал на нулевом поле продленной миссии (с 8 марта по 27 мая 2014 года). Поэтому вероятно космический телескоп обнаружил первые небольшие блуждающие планеты гораздо раньше наблюдений центра нашей галактики.

  В последние месяцы было опубликовано и обнаружение вероятного события микролинирования одиночного нептуна в данных проекта OGLE IV за 2016 год:



   Ожидается, что после проекта WFIRST число регистраций событий микролинзирования от одиночных планет возрастает до нескольких сотен:



   Кроме того можно отметить недавний значительный успех наблюдательной астрономии: обнаружение в Солнечной Системе первого межзвездного объекта 1I. Статистические расчеты говорят о том, что на один кубический парсек должно приходиться 100-700000 миллиардов похожих объектов размером в несколько сотен метров с общей массой в 0.2-20 масс Земли, что примерно соответствует теоретическим оценкам массы выброшенного вещества на этапе формирования планетных систем.
Tags: близкие звезды, микролинзирование, одиночные планеты, статистика, фотографический метод
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 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.
  • 3 comments