Удивительные находки нового охотника за экзопланетами NASA: телескопа TESS

Прошло почти десять лет с момента запуска миссии NASA «Кеплер». С 2009 года этот космический аппарат наблюдал за сотнями тысяч звезд в нашей собственной галактике, измеряя общее количество светового потока для каждой из них и выискивая любые, даже незначительные изменения. К концу миссии «Кеплер» и его дополнительная мисси K2 открыли тысячи новых планет возле звезд за пределами нашей системы, включая и множество потенциально обитаемых миров размером с Землю.

Если «Кеплер» показал нам, что наша галактика полна планет, то его миссия-преемник TESS — Transiting Survey Satellite — покажет транзитные миры возле ближайших к нам звезд. Если и будет какой-нибудь похожий на Землю мир, проходящий перед своей родной звездой относительно линии нашего зрения, TESS это покажет. Впервые мы сможем увидеть изобилии планет, которые рассыпаны буквально у нас под носом.

Телескоп TESS принялся за работу

Поиски «Кеплера» были удивительным приключением: он искал в узком поле зрения, охватывающем расстояние в 3000 световых лет. Его основная миссия состояла в том, чтобы непрерывно просматривать одно и то же поле обзора в течение многих лет. Уловив в общей сложности более 100 000 звезд, «Кеплер» искал систематические, периодические провалы в общем количестве света, поступающего от каждой звезды. Если что-то обнаруживалось, это потенциально указывало на присутствие планеты с величиной и периодом провалов, соответствующих радиусу и орбитальному расстоянию до планеты.

Но TESS — он другой. Вместо того, чтобы изучать узкую полоску неба, TESS изучает небо целиком, сектор за сектором, чтобы найти планеты возле ближайших к нам звезд. Если возле какой-нибудь звезды в пределах примерно 200 световых лет от нас будет правильно выровненная относительно нас планета, TESS ее увидит, определив радиус и расстояние до орбиты. Более того, каждое открытие TESS, которое дает нам планету, также дает нам систему кандидатов, глядя на которую будущие обсерватории — вроде космического телескопа Джеймса Вебба — смогут попытаться найти признаки жизни.

TESS запущен в апреле 2018 года, начав поиск новых миров. Его первый сбор научных данных начался в июле; спустя почти полгода он выпустил свой первый набор данных. Ожидается, что в течение своей жизни TESS найдет тысячи новых планет возле тысяч звезд, от газовых гигантов размером с Юпитер до маленьких твердых миров размеров с Землю.

При рассмотрении первых шести сегментов, TESS нашел вот что:

• больше 300 планет-кандидатов;
• 8 подтвержденных планет;
• включая несколько планет-гигантов;
• некоторые из них чуть больше Земли.

Но числа не делают эти открытия чем-то из ряда вон выходящим. Лишь рассматривая их подробно, мы можем оценить феноменальную науку, которой нас снабжает TESS.

Pi Mensae c

Первой подтвержденной планетой была Pi Mensae c, которая вращается вокруг звезды, очень похожей на нашу. Pi Mensae по массе всего на 10% больше нашего Солнца и на 20% больше по размерам. Она весьма похожа на наше светило, но ее система сильно отличается. Блокируя небольшую часть ее света, Pi Mensae c находится чрезвычайно близко к своей звезде, обращаясь вокруг нее с периодом всего 6,3 дня. Это примерно вдвое больше радиуса Земли и почти в пять раз массивнее, что подразумевает довольно типичную ситуацию для горячих миров размером где-то между Землей и Нептуном.

Но это не типично; это знаменательно. Еще в 2001 году была обнаружена большая планета, нарушающая орбиту Pi Mensae: Pi Mensae b. Это была одна из самых массивных планет, когда-либо обнаруженных: в 10 раз больше Юпитера по массе. Ее орбита очень эксцентрична, она уводит ее дальше, чем Юпитер от Солнца (5,54 а.е.), но приводит ближе, чем Земля к Солнцу (1,21 а.е.) в периастроне.

Теперь, когда Pi Mensae c обнаружил TESS, мы встретили одновременно и далекую, и близкую планету в системе с такими разными свойствами и орбитами. Ведущая теория заключается в том, что планеты неподалеку образуются на почти идеальных круговых орбитах, но чтобы создать эксцентричную планету с массой Юпитера (или больше), что-то должно было вмешаться в этот процесс.

Система Pi Mensae в настоящее время является самой экстремальной из известных в этом отношении, и загадка того, как такие системы приходят к такой конфигурации, наверняка станет предметом многочисленных исследований и обсуждений в будущем.

LHS 3884b

Самая экстремальная планета из обнаруженных — LHS 3884b, которая лишь немногим больше Земли с радиусом 1,3 земного. Она находится настолько близко к родительской звезде, что совершает оборот каждые 11 часов. Расположенный на расстоянии 49 световых лет от нас, этот мир настолько горячий, что его обращенная к звезде сторона может быть заполнена лужами расплавленной лавы в самых горячих местах. Этот мир настолько горячий, что по крайней мере в теории сама его порода находится в жидком состоянии.

Хотя маловероятно, что планета с такими свойствами массы и температуры обладает атмосферой, она все же может присутствовать в тонком виде на постоянной основе, в зависимости от химического состава поверхности. Характеристики такой системы делают ее идеальным кандидатом для измерения спектра абсорбции атмосферы. Если атмосфера есть, мы можем узнать, из чего она состоит, прежде чем на нее будут обращены телескопы.

HD 21749

Что больше всего впечатляет, TESS дал нам соседнюю звезду, за которой нужен глаз да глаз: HD 21749. Расположенная в каких-то 53 световых годах, эта звезда меньше и менее массивна, чем Солнце: примерно на 70% меньше. Будучи звездой класса K, она не должна обстреливать планеты под боком катастрофическими вспышкам или приливно блокировать их; если бы на правильном расстоянии от этой звезды находился мир размером с Землю, это был бы отличный шанс для зарождения на нем жизни.

В канун Нового Года ученая команда TESS выпустила работу, объявляющую об открытии планеты на орбите этой звезды: HD 21749b, с 36-дневной орбитой и 2,84 радиуса Земли. Этот мир, чуть меньше Нептуна, был подтвержден последующими наблюдениями, которые определили, что его масса в 23,2 раза превышает массу Земли, что делает его меньше, но массивнее и плотнее, чем Уран или Нептун.

Это интересно по целому ряду причин. Во-первых, на таких расстояниях температуры должны быть теплыми, но не очень горячими: порядка 150 градусов по Цельсию. Во-вторых, это самая длиннопериодичная планета из всех известных в пределах 100 световых лет от Земли. И, пожалуй, самое интересное то, что есть намек на сигнал — и возможную планету-кандидат — в системе HD 21749. Дополнительный кандидат, в случае подтверждения, будет иметь период 8 дней и радиус, примерно равный земному.

Если эта планета существует, это будет самый первый мир земных размеров, обнаруженный TESS: самый маленький из тех, что обнаружил этот телескоп.

Конечная цель TESS — находить похожие на Землю миры и звездные системы, в которых могут находиться твердые, потенциально обитаемые миры. Поскольку TESS оптимизирован для поиска ближайших к нам звезд, его величайшие находки будут среди первых целей для будущих, мощнейших обсерваторий, которые смогут не только находить эти миры, но и измерять их атмосферное содержимое. Если нам повезет, некоторые из таких миров будут содержать воду, метан, диоксид углерода или даже кислород в атмосферах.

Никто не говорит, что эти миры обязательно будут населены, но TESS приблизит нас на шаг ближе к поиску ближайших миров, которые могут быть самой большой надеждой человечества на обнаружение жизни за пределами нашей Солнечной системы. Те миры, которые мы нашли до сих пор, абсолютно очаровательны. TESS уже начинает оправдывать самые высокие ожидания, даже спустя несколько месяцев после запуска.

Источник