13.01.2022. - Кто и как открыл первую экзопланету

Кто и как открыл первую экзопланету

9 января 1992 года в журнале Nature появилась статья об открытии сразу двух первых планет там, где их никто не ожидал обнаружить, — у миллисекундного пульсара. «Газета.Ru» вспоминает об истории этого дважды неожиданного открытия, а астрофизик Борис Штерн объясняет, был ли шанс у польского астронома Александра Вольщана получить Нобелевскую премию, которую вручили в 2019 году Мишелю Майору и Дидье Кело за открытие первой экзопланеты.

30 лет назад были открыты первые подтвержденные планеты вне Солнечной системы, однако найдены они были не у обычной звезды Главной последовательности, подобной Солнцу, а у миллисекундного пульсара — то есть у мертвой, так называемой нейтронной звезды. Вероятно, поэтому Нобелевская премия 2019 года по физике, присужденная первооткрывателям экзопланеты у звезды солнечного типа Мишелю Майору и Дидье Кело, не досталась первооткрывателю самых первых планет у пульсара — польскому астроному Александру Вольщану.

Пульсар PSR 1257+12, о котором идет речь, нашел в 1990 году тот же Александр Вольщан, работавший в американском Университете штата Пенсильвания, с помощью радиотелескопа Аресибо в Пуэрто-Рико. Сейчас этот пульсар принято обозначать как PSR B1257+12 или альтернативно PSR J1300+1240. Кроме того, в 2014 году Международный астрономический союз инициировал открытый конкурс NameExoWorlds по присвоению собственных названий некоторым примечательным экзопланетам и их родительским звездам, а в 2016-м организовал Рабочую группу по именам звезд и утвердил некоторые из предложенных названий, поэтому у пульсара PSR 1257+12 появилось собственное имя — Лич. В современных фэнтези лич — это маг-некромант, ставший нежитью после смерти или же в результате магического преображения, он чрезвычайно опасен и коварен и способен управлять прочими «умертвиями».

Этот Лич находится на расстоянии 2300 световых лет от Солнца в зодиакальном созвездии Девы. Его открытие произошло на самом деле благодаря поломке радиотелескопа, после которой на работу в Аресибо были наложены некоторые ограничения — телескоп не мог поворачиваться вслед за отслеживаемым на небе объектом и утратил на какое-то время привлекательность для многих проектов — этим и воспользовался польский астроном, решивший провести обзор, выявляющий новые миллисекундные пульсары. Получившему таким образом «бесхозное» время для наблюдений Вольщану удалось обнаружить два новых пульсара, одним из которых был «аномальный» PSR 1257+12 с частотой вращения 160,8 Гц, что соответствует периоду вращения 6,2 мс. Наблюдавшиеся колебания частоты сигнала от него при этом казались слишком незначительными, чтобы объяснить их взаимодействием с соседом звездных размеров, поэтому возникла гипотеза о наличии у пульсара небольших спутников.

Первоначально были выявлены две относительно крупные планеты массой примерно в 3-4 массы Земли каждая, которые обращались вокруг пульсара за 67 и 98 дней. Известие об этой находке просочилось в газеты еще до научной публикации. В британской газете The Independent соответствующая заметка была опубликована 29 октября 1991 года, однако сам Вольщан новость комментировать тогда отказался — из-за опасений, что сорвется его публикация в научном журнале. 14 декабря 1991 года еще более уверенно об открытии планет написал New Scientist. Наконец, 9 января 1992 года появилась и научная публикация в Nature за подписью двух авторов — Вольщана и канадского астронома Дейла Фрейла, который подтвердил открытие с помощью наблюдений на другом радиотелескопе.

Наличие планет у пульсара вызвало немалое удивление у многих астрономов, которые считали, что планеты могут существовать только у звезд Главной последовательности, а в момент взрыва сверхновой — именно так в основном и рождаются нейтронные звезды — звездный остаток должен неизбежно лишаться не только внешней оболочки, но и близких планет. Дополнительные сомнения у ученых вызывал также один из недавних случаев, когда громкое заявление о наличии планеты у пульсара PSR 1829-10 было спустя год отозвано из-за ошибок в расчетах. Об открытии планеты тогда заявляли британец Эндрю Лайн из Манчестерского университета и австралийский астрофизик Мэтью Бейлз — это произошло в июле 1991 года, а в 1992 году ученые отказались от своих утверждений.

Тем не менее открытие Вольщана и Фрейла со временем устояло, а в 1994 году у того же пульсара с помощью усовершенствованной техники ими была открыта еще одна планета, которая до сих пор считается рекордно маленькой среди всех экзопланет, — ее масса менее чем в два раза превышает массу Луны, и она обращается вокруг пульсара за 25 суток. Кроме того, в этой же звездной системе может присутствовать свой пояс астероидов или пояс Койпера. В 1996 году заговорили также о возможности наличия у этого пульсара четвертой удаленной гигантской планеты, однако впоследствии эта гипотеза не подтвердилась.

Первоначально три планеты обозначались как A, B и С, затем, в соответствии с новыми соглашениями по обозначению экзопланет, их стали записывать как PSR B1257+12 b, PSR B1257+12 c и PSR B1257+12 d (по мере удаленности от пульсара), ну и, наконец, в настоящее время у них есть собственные имена — Драугр (нежить из скандинавской мифологии), Полтергейст (от немецкого «шумный призрак») и Фобетор — один из тысячи сыновей Гипноса, бога сна в «Метаморфозах» Овидия, появляющийся в снах в образе зверей и птиц.

Сам пульсар обладает массой в 1,4 солнечной, что типично для большинства нейтронных звезд и пульсаров. Его радиус оценивается примерно в 10 км, что также характерно для пульсаров и нейтронных звезд. При этом температура его поверхности достигает 29 тыс. °С. Считается, что этот пульсар образовался 1-3 млрд лет назад в результате слияния пары быстро вращающихся белых карликов. Планеты же, как полагают, стали результатом повторного процесса формирования протопланетного облака в результате последствий этого слияния — из диска выброшенного при катаклизме вещества, которое осталось на орбите. Другие возможные сценарии включают в себя необычные остатки сверхновых либо кварковую новую — гипотетический мощнейший взрыв, который сопровождал превращение пульсара в кварковую звезду. Тем не менее именно слияние белых карликов многим ученым кажется самой вероятной причиной образования обнаруженных планет.

Открытие Лича с планетами стимулировало поиск других экзопланет, вращающихся вокруг подобных пульсаров, однако теперь выясняется, что такие планеты довольно редки: за три десятилетия лишь менее чем у десятка пульсаров было подтверждено наличие каких-либо планет либо поясов астероидов — в том числе в 2000 году у миллисекундного пульсара PSR B1620-26, в 2006 году у магнитара 4U 0142+61 и в 2011 году у миллисекундного пульсара PSR J1719-1438.

Комментируя открытие Александра Вольщана, российский астрофизик Борис Штерн, доктор физико-математических наук, научный сотрудник Института ядерных исследований РАН и Астрокосмического центра ФИАН, а также главный редактор газеты «Троицкий вариант», заявил «Газете.Ru»: «Если бы вся Нобелевская премия по физике 2019 года пошла бы на экзопланеты, а не была бы разделена между Майором, Кело и космологом Джеймсом Пиблсом, получившим свою часть за совершенно другие работы, то Вольщан, несомненно, стал бы в тот год третьим лауреатом». По мнению Бориса Штерна, задача, стоявшая перед Майором и Кело, была, несомненно, сложнее: «Методика обнаружения пульсарных планет гораздо проще, чем для обычных звезд, ведь пульсар — точнейший таймер, нужно просто поймать периодический сдвиг его фазы».

Кроме того, Борис Штерн напомнил, что еще до открытия пульсарных планет происходили «недооткрытия» экзопланет: «Так, в 1988 году канадские астрономы Брюс Кэмпбелл, Гордон Уолкер и Стефенсон Янг опубликовали статью с сообщением о возможной планете у звезды гамма Цефея A с периодом обращения 2,5 года и минимальной массой в 1,6 массы Юпитера, находящейся на расстоянии в 45 световых лет от Солнца». Точность данных и статистическая значимость того открытия оставляли желать лучшего, поэтому авторы не слишком настаивали на своей правоте, однако впоследствии, в 2003 году, эта экзопланета была все же надежно подтверждена, поэтому в каком-то смысле можно считать, что первой открытой — и впоследствии подтвержденной — экзопланетой была все же не «пульсарная планета», а планета у звезды Главной последовательности.

Разумеется, надеяться на то, что на «похожих на Землю» планетах возле мертвых звезд может появиться и сохраниться похожая на земную жизнь, не приходится. Можно разве что фантазировать о каких-то причудливых формах, питающихся радиацией, смертельной для известной нам жизни, даже для земных экстремофилов. Так что значение открытия Вольщана для энтузиастов поиска внеземного разума всегда было лишь в том, что после этого заметно окрепла надежда найти со временем такие же планеты у нормальных звезд — что и было сделано в 1995 году, когда Майор и Кело открыли 51 Пегаса b — первую экзопланету, обращающуюся вокруг похожей на Солнце звезды.

Между тем предположения о том, что Александр Вольщан может быть номинирован на Нобелевскую премию по физике, в СМИ возникали неоднократно, однако все это оставалось лишь выражением общего ожидания по поводу премии, а не достоверной информацией, так как Нобелевский комитет, как известно, не раскрывает списки номинантов в течение пятидесяти лет с года номинирования. Тем не менее Вольщан успел стать лауреатом многих престижных премий, в том числе Награды Фонда польской науки в 1992 году — самой престижной польской премии в сфере науки, часто именуемой «польским Нобелем», — и медали Мариана Смолуховского (2001) — высшей награды, присуждаемой Польским физическим обществом.

Работая за рубежом — первоначально в Западной Германии, затем в США, — Вольщан никогда не забывал о Польше, которую был вынужден надолго покинуть с началом военного положения в Польше в 1981 году. С 1994 по 2008 год он вернулся читать лекции в свою альма-матер — Университет Николая Коперника в Торуни. Однако в 2008 года в польских СМИ появилась информация, что Вольщан в 1973–1986 годах сотрудничал со Службой безопасности. Сам он не отрицал этого факта, хотя и подчеркивал, что во всех разговорах с кураторами передавал лишь не относящуюся к делу информацию — обычно общеизвестную, — и это никому не вредило. Тем не менее, он подал в отставку в своем университете, и эта отставка была принята ректором — при этом обе стороны выражали готовность к дальнейшему научному сотрудничеству. Не исключено, что эта история тоже «подпортила карму» потенциальному лауреату Нобелевской премии.

Источник