Астрономы распрощаются с экзопланетами?

Что дало взвешивание самых маленьких звезд

Благодаря системе адаптивной оптики (позволяющей бороться с эффектами размытия, вызванными турбулентностью земной атмосферы) и новой мощной высококонтрастной камере, получившей название NACO SDI (способной выделить более слабое изображение спутника на фоне яркой звезды), что установлена на Очень Большом Телескопе (Very Large Telescope - VLT) Южной европейской обсерватории (European Southern Observatory - ESO) в Чили, были сделаны фотографии молодого звездного компаньона небольшой массы, расположенного очень близко к своей родительской звезде. Это позволило астрономам впервые прямыми методами получить массу объекта, находящегося на границе между звездами и коричневыми карликами.

Объект, яркость которого в 100 с лишним раз уступает яркости его звездного хозяина, оказался в 93 раза более массивным, чем Юпитер. При этом он почти в два раза тяжелее, чем ему "положено быть" по теории. Возможно, новое открытие свидетельствует о том, что в современные модели этого типа звезд вкрались существенные ошибки, в результате которых астрономы завышали оценку общего числа молодых коричневых карликов и крупных экзопланет, находящихся в "свободном плавании".

Несмотря на то, что любая звезда может быть охарактеризована очень многими разными параметрами, определяющее значение всегда имеет ее масса. Именно масса звезды в конечном счете решает ее судьбу. Поэтому неудивительно, что астрономы столь страстно желают уточнить в первую очередь именно массу предмета своего изучения. Не всегда это оказывается столь уж легкой задачей. С наибольшими трудностями ученые сталкиваются в случае маломассивных объектов, находящихся на границе между звездами и коричневыми карликами. Коричневые (бурые) карлики, или "неудавшиеся звезды" - это объекты, масса которых примерно в 75-80 раз превышает массу Юпитера, а это еще слишком мало для того, чтобы внутри них могли начаться процессы ядерного синтеза.

Чтобы определить массу, астрономы в общем случае отслеживают движение звезд в бинарной системе. А затем применяют тот же самый метод, который в свое время позволил вычислить массу Земли по известному расстоянию до Луны и времени, которое требуется нашему спутнику, чтобы закончить один полный виток вокруг планеты (применяется так называемый уточненный третий закон Кеплера). Тем же самым способом была измерена масса Солнца (исходя из расстояния от Земли до нашего светила и времени - т.е. одного года, - которое требуется для того, чтобы наша планета совершила путешествие вокруг Солнца.

Проблема с маломассивными объектами состоит в том, что их светимость чрезвычайно мала, и они зачастую скрываются в ярком свете более яркой звезды, двигаясь по орбите вокруг нее, при этом различить их невозможно даже при использовании крупнейших телескопов. Однако со временем были найдены пути преодоления этих трудностей.

В данном конкретном случае группа астрономов из разных стран во главе с Лэрдом Клоусом (Laird Close) из Обсерватории Стюарта Аризонского университета (Steward Observatory, University of Arizona) изучала звезду AB Doradus A (AB Dor A). Эта звезда расположена приблизительно в 48 световых годах от нас, а ее возраст составляет "жалкие" 50 миллионов лет. Поскольку позиция относительно других звезд на небе AB Dor A периодически немного меняется (звезда как бы "колеблется" из-за гравитационного взаимодействия с неразличимым звездным объектом), с начала 1990-х гг. у астрономов уже сложилось мнение, что AB Dor A должен иметь маломассивного компаньона. Современные инструменты позволили различить этого компаньона, который оказался в 120 раз более тусклым, чем его звезда-хозяин.

Крошечное расстояние между звездой и ее слабосветящимся компаньоном составило 0,156 арксекунды, что эквивалентно размерам монеты в 1 евро (2,3 см), увиденной с дистанции в 20 км. Таким образом получается, что компаньон, обозначаемый как AB Dor C, находится на расстоянии, лишь в 2,3 раза превышающем расстояние между Землей и Солнцем. Один виток вокруг своей звезды-хозяина коричневый карлик совершает за 11,75 года, при этом его орбита довольно сильно вытянута. Зная точное местоположение компаньона и период "колебаний" родительской звезды, астрономы смогли точно определить массу. Изучаемый объект оказался в десять раз легче звезды-хозяина, то есть его масса составила 93 юпитера, что немного выше предела, отведенного коричневым карликам.

Используя инфракрасные длины волн, астрономы смогли измерить температуру и яркость AB Dor C. "Мы были чрезвычайно удивлены, когда выяснилось, что звезда-компаньон на 400 градусов (Цельсия) холоднее и в 2,5 раза слабее светится, чем это положено объекту этой массы, если исходить из самых современных моделей, - говорит Клоус. - Теория предсказывает, что такой маломассивный и сравнительно холодный объект должен был бы иметь массу, эквивалентную приблизительно 50 юпитерианским массам. Но теория не права: масса этого объекта в действительности находится между 88 и 98 массами Юпитера".

Эти новые результаты бросают вызов современным идеям об обширной "популяции" коричневых карликов в Галактике и о возможном существовании широко обсуждаемых изолированных экстрасолнечных планет ("isolated planetary mass object") и экзопланет, находящихся в свободном плавании ("free-floating planet"), мигрирующих от орбиты к орбите и от звезды к звезде. Действительно, если те молодые объекты, что до настоящего времени идентифицировались как коричневые карлики, на самом деле вдвое массивнее, чем думали ранее, то многие из них нужно счесть скорее маломассивными звездами. А объекты, которые идентифицировались как крупные экзопланеты, в свою очередь, вероятно, могут являться маломассивными коричневыми карликами.

Источник:

Weighing the Smallest Stars: VLT Finds Young, Very Low Mass Objects Are Twice As Heavy As Predicted - ESO Press Release

Ссылки:

Экзопланеты - Википедия

Экзопланеты - обзор статей astro-ph

Free-Floating Planets - American Scientist Online

Free-floating planets in stellar clusters - PSI Annual Report