Команда астрофизиков под руководством Лорен Вайс, доцента кафедры физики и астрономии Университета Нотр-Дам, создала первый в истории каталог небольших планет, похожих на Землю, с братьями и сестрами, подобными Юпитеру (планетами, имеющими одну и ту же звезду) — важнейший компонент в поисках жизни в других частях нашей Вселенной. На завершение исследования планеты-гиганта Кеплера, опубликованного в «Астрофизическом журнале», ушло десятилетие. «Этот каталог является первым в своем роде и предоставляет беспрецедентную возможность изучить разнообразие существующих планетных систем с вещами, похожими на Солнечную систему, но не совсем на Солнечную систему, и это дает нам шанс переписать историю. о том, как формируются планеты», — сказал Вайс. «Научный вопрос, на который я пытался ответить в течение последнего десятилетия, заключается в следующем: из других малых планет, таких как Земля, которые существуют, у каких из них есть братья и сестры Юпитера? Потому что это может быть важной характеристикой, которую следует искать, если мы хочу выяснить, где найти жизнь».
Предыдущие исследования последних нескольких лет выделили Юпитер как одну из причин возникновения жизни на Земле. Во время формирования Солнечной системы Юпитер сбрасывал каменистые и ледяные обломки и эмбриональные планеты в направлении нынешнего местоположения Земли. Юпитер и сегодня швыряет обломки в направлении Земли. Обломки, возможно, доставили воду на нашу планету в целости и сохранности, создав океаны, а затем и положив начало жизни. На основе данных, собранных в обсерватории В. М. Кека на Мауна-Кеа в Ваймеа, Гавайи, Вайс и его коллеги зафиксировали почти 3000 лучевых скоростей 63 звезд, подобных нашему Солнцу, на которых находится 157 известных малых планет. Размер 157 малых планет варьируется от размера Марса до Нептуна, а некоторые из них имеют каменистую поверхность, которая может быть пригодна для жизни. В ходе исследования команда обнаружила 13 планет типа Юпитера, восемь планет размером ближе к Нептуну и три звезды-компаньона.
Возможно, это противоречит здравому смыслу, но большие, заполненные газом планеты-гиганты за пределами нашей Солнечной системы трудно найти, потому что некоторые распространенные методы обнаружения не работают. Космический телескоп «Кеплер», вышедший из эксплуатации через девять лет в 2018 году из-за того, что у него закончилось топливо, стал для ученых отличным инструментом для поиска небольших экзопланет, вращающихся вокруг своих звезд. Он использовал метод транзита, который измеряет крошечные провалы в яркости звезды-компаньона, чтобы указать на присутствие планеты, вращающейся вокруг своей звезды. Однако газовые гиганты обычно находятся намного дальше от своих звезд и не пересекаются перед ними с какой-либо практической регулярностью для астрономов. Юпитер, например, совершает оборот вокруг Солнца за 12 лет. Кроме того, в отличие от планет, близких к своим звездам, далекие планеты часто имеют слегка наклоненные орбиты, если смотреть с Земли, что делает провалы в яркости менее заметными.
Вайс и его коллеги использовали метод лучевых скоростей, который использует доплеровскую спектроскопию. Команда измерила «колебание» звезды, когда волны, кажется, немного приближаются и удаляются от Земли из-за гравитационного притяжения большой вращающейся планеты. «Юпитеры большие, и они сильно притягивают звезды, которые мы можем измерить. Мы сможем найти их, если проведем много-много измерений с течением времени, и это именно то, что мне пришлось сделать», — сказал Вайс. Для каждой звезды в выборке она и ее коллеги наблюдали доплеровский сдвиг световых волн звезды в течение как минимум 10 ночей, а в некоторых случаях и до сотен ночей. «Это зависит от звезды», — сказала она, добавив, что «наблюдение» за звездами не осуществлялось путем непосредственного просмотра в телескоп. Астрономы управляют телескопом Кека с удаленных наблюдательных станций по всему миру, в том числе в Нотр-Даме.
Хотя Вайс был воодушевлен открытием планет, подобных Юпитеру, каталог планетных систем, подобных Земле и Юпитеру, является тем аспектом, который поможет астрономам в ближайшие годы. Эта статья, например, является основной статьей в рамках проекта «Поиск планет-гигантов Кеплера», на котором будут основаны будущие статьи. Некоторые будут описывать архитектурные закономерности, наблюдаемые в планетных системах, эффективность обнаружения планет и совместное появление гигантских и малых транзитных планет. «Наверное, больше всего меня волнует возвращение к истории формирования Земли», — сказал Вайс. «Теперь, когда у нас есть больше информации о том, какие еще виды планетных систем существуют, мы ищем закономерности, делаем новые открытия, и эти возможности меня действительно волнуют».
