Астрономы Открытого университета (The Open University) в Великобритании обнаружили три новые близкие к нам звёздные системы с несколькими экзопланетами. В рамках международного проекта Dispersed Matter Planet Project они исследовали несколько звёздных систем с планетами, обращающимися очень близко от своих звёзд. Интенсивное испарение их атмосферы и пород планеты позволяет изучать состав планетного вещества по спектрам поглощения света от их звёзд.
Dispersed Matter Planet Project (Проект поиска экзопланет с рассеиваемой атмосферой) — это проект, финансируемый Советом по научно-техническому оборудованию (Science and Technology Facilities Council) Великобритании по поиску и исследованию планет в других звёздных системах (экзопланет). В его рамках упор делается на обнаружение массивных планет, вращающихся близко к своей звезде, и исследование их атмосферы и коры, интенсивно рассеиваемых звездой. При нахождении планеты практически рядом со звездой (для Солнечной системы это были бы орбиты, более близкие к Солнцу, чем даже Меркурий) она интенсивно теряет своё вещество из-за нагрева до температур порядка 1000 °C и приливных эффектов.
Вокруг планеты в межзвёздной среде образуется облако из газа, содержащего элементы, входящие в состав планеты. Сквозь это облако мы наблюдаем свет от звезды в периоды прохождения планеты перед ней. По искажению спектра излучения от звезды можно идентифицировать планету и сделать заключение о её геологическом строении. Первые результаты проекта DRPP исследовательской группы из нескольких научных центров Великобритании, Австрии и Чили опубликованы в вышедших в один день 23 декабря трёх статьях в Nature Astronomy.
Обнаруживаемые планеты, как правило, находятся так близко к звезде, что их период обращения составляет несколько дней (даже у Меркурия период 90 дней). Такие объекты были первыми открытыми экзопланетами в середине 1990-х годов. Первые методики обнаружения позволяли открыть только очень большие и массивные объекты, с массами, в несколько раз превышающими массу Юпитера. Обычно это газовые планеты, которые называют «горячими Юпитерами». Со временем начали открывать планеты меньшего размера и похожие на планеты земной группы. Такой класс планет называют «супер Земли»: они могут быть в несколько раз (до 10 раз) массивнее Земли. Для других классов ещё более массивных планет используются названия «мини-Нептуны», «горячие Нептуны» и т. д. Планеты нашей Солнечной системы по сравнению с ними слишком малы. Например, планеты с параметрами нашей Земли пока что находятся на пределе обнаружения, и то при условии, что планета находится значительно ближе к своей звезде, чем наша.
Для поиска планет в проекте используются данные спектрографа HARPS (High Accuracy Radial Velocity Planet Searcher), размещённого на одном из телескопов Южной Европейской обсерватории (ESO) в высокогорной пустыне Атакама в Чили. Применяется метод радиальной скорости: массивная планета при вращении по орбите «перетягивает» на себя звезду так, что они обращаются вокруг общего центра масс. При этом звезда изменяет как своё положение на небе, так и скорость движения. На собственное движение звезды, таким образом, накладываются колебания из-за вращения планеты. Радиальную (направленную к нам) компоненту этой скорости можно определить по допплеровскому смещению спектральных линий звезды. Это исторически один из первых методов обнаружения экзопланет, и за открытую таким образом в 1995 году первую экзопланету в системе звезды, похожей на Солнце, в 2019 году была присуждена Нобелевская премия по физике. Подробнее про этот метод мы уже писали недавно. Одним из ведущих исследователей, использующих прибор HARPS, и является Мишель Майор, лауреат Нобелевской премии 2019 года, главный разработчик HARPS и открыватель первой экзопланеты.
В Солнечной системе скорость смещения Солнца из-за «перетягивания» его массивным Юпитером (находится на расстоянии около 5 астрономических единиц) составляет 13 м/с. Для спектрометров HARPS порог обнаружения составляет уже около 1 м/с. Этого достаточно для газовых гигантов, но мало для планет типа Земли (для Земли — 10 см/с). Однако с 2012 года усовершенствование методик обработки сигналов позволяет обнаруживать с их помощью планеты класса суперземли, более того, находящиеся достаточно далеко от звезды в «обитаемой зоне» с температурами, допускающими существование жидкой воды. Всего при помощи спектрометра HARPS уже было открыто более 130 экзопланет, и это второй по результативности проект после космического телескопа Kepler.
Методика, используемая в проекте DMPP, предполагает исследование «шлейфа» из испаряемого вещества планеты. Это позволяет сделать заключение о строении не только атмосферы, но и коры планет, то есть приступить к изучению их геологии. Первыми результатами проекта является исследование планетарных систем трёх звёзд на южном небе с обозначениями DMPP-1, DMPP-2 и DMPP-3. У первой из них обнаружена система из 4 планет, три из которых относятся к классу суперземель и периодами обращения в несколько дней; четвёртая планета с массой Нептуна обращается с периодом 20 дней. Звезда DMPP-2 относится к переменным звёздам типа Doradus с переменной яркостью. Планета возле неё принадлежит к классу горячих Юпитеров и периодом обращения 5 дней. Это типичный представитель самых первых открываемых с середины 1990-х годов экзопланет, однако из-за колебаний яркости самой звезды массивную планету возле неё раньше не заметили. И наконец, система DMPP-3 оказалась двойной звездой. Экзопланета при одной из этих звёзд с обозначением DMPP-3Ab в два раза массивнее Земли и обращается вокруг звезды с периодом 7 дней. Как правило, планеты в двойных звёздных системах — редкое явление из-за гравитационной неустойчивости их орбит, поэтому обнаружение такой системы было достаточно неожиданным. Кроме того, парная звезда в этой системе (DMPP-3B) оказалась имеющей очень малую массу на границе между звёздами и объектами класса коричневых карликов.
Три статьи в Nature Astronomy описывают самые первые результаты проекта DMPP. Заключения об атмосфере экзопланет астрономы делали и раньше, исследуя небольшие изменения спектра звезды при прохождении сквозь тонкий слой атмосферы планеты. Анализ газового облака от «испаряющихся» планет — это новый метод, который в перспективе позволяет обнаружить не только планеты-гиганты, но и небольшие планеты земного типа, кроме того, является одним из первых шагов в исследовании их геологической структуры.
