|
Вычисление точных размеров экзопланет
|
|
|
|
В созвездии Девы, на расстоянии 700 световых лет от Земли, планета WASP-39b вращается вокруг звезды WASP-39. Газовый гигант, на полный оборот вокруг которого уходит немногим более четырех дней, является одной из наиболее хорошо изученных экзопланет. Вскоре после ввода в эксплуатацию в июле 2022 года космический телескоп НАСА "Джеймс Уэбб" обратил свой высокоточный взор на далекую планету. Полученные данные свидетельствуют о наличии большого количества водяного пара, метана и даже, впервые, углекислого газа в атмосфере WASP-39b. Небольшая сенсация, но все же есть одна ложка дегтя в бочке меда: исследователям пока не удалось воспроизвести все важные детали наблюдений в модельных расчетах. Это препятствует еще более точному анализу данных. В новом исследовании, проведенном под руководством MPS, авторы, в том числе исследователи из Массачусетского технологического института (США), Научного института космического телескопа (США), Кильского университета (Великобритания) и Гейдельбергского университета (Германия), показывают способ преодоления этого препятствия.
|
|
|
|
"Проблемы, возникающие при интерпретации данных с WASP-39b, хорошо известны по многим другим экзопланетам — независимо от того, наблюдаются ли они с помощью Kepler, TESS, Джеймса Уэбба или будущего космического аппарата PLATO", - объясняет ученый MPS доктор Надежда Костогрыз, первый автор нового исследования. "Как и в случае с другими звездами, вокруг которых вращаются экзопланеты, наблюдаемая кривая блеска WASP-39 более плоская, чем могут объяснить предыдущие модели". Исследователи определяют кривую блеска как показатель яркости звезды за более длительный период времени. Яркость звезды постоянно колеблется, например, потому, что ее светимость подвержена естественным колебаниям. Экзопланеты также могут оставлять следы на кривой блеска. Если экзопланета проходит перед своей звездой в поле зрения наблюдателя, она приглушает свет звезды.
|
|
|
Это отражается на кривой блеска в виде регулярно повторяющегося снижения яркости. Точные оценки таких кривых дают информацию о размерах и периоде обращения планеты по орбите. Исследователи также могут получить информацию о составе атмосферы планеты, если разделить свет от звезды на различные длины волн или цвета. Край звезды, то есть край звездного диска, играет решающую роль в интерпретации ее кривой блеска. Как и в случае с Солнцем, край звезды кажется наблюдателю более темным, чем внутренняя область. Однако на самом деле звезда светит не менее ярко, удаляясь от поверхности. "Поскольку звезда представляет собой сферу, а ее поверхность изогнута, мы видим более высокие и, следовательно, более холодные слои на периферии, чем в центре", - объясняет соавтор и директор MPS профессор доктор Лоран Гизон. "Поэтому эта область кажется нам более темной", - добавляет он.
|
|
|
|
Известно, что потемнение краев влияет на точную форму сигнала экзопланеты на кривой блеска: затемнение определяет, насколько резко падает яркость звезды во время прохождения планеты, а затем снова повышается. Однако было невозможно точно воспроизвести данные наблюдений, используя обычные модели звездной атмосферы. Уменьшение яркости всегда было менее резким, чем предполагали модельные расчеты. "Было ясно, что нам не хватало важного фрагмента головоломки, чтобы точно понять сигналы экзопланет", - говорит директор MPS профессор Сами Соланки, соавтор текущего исследования. Как показывают опубликованные сегодня расчеты, недостающим элементом головоломки является магнитное поле звезды. Подобно солнцу, многие звезды генерируют магнитное поле глубоко в своих недрах посредством огромных потоков горячей плазмы. Впервые исследователи смогли включить магнитное поле в свои модели потемнения конечностей. Они могли бы показать, что сила магнитного поля оказывает важное влияние: потемнение лимба заметно у звезд со слабым магнитным полем, в то время как у звезд с сильным магнитным полем оно слабее.
|
|
|
|
Исследователи также смогли доказать, что расхождение между данными наблюдений и модельными расчетами исчезает, если в расчеты включить магнитное поле звезды. С этой целью команда обратилась к избранным данным космического телескопа НАСА "Кеплер", который фиксировал свет тысяч и тысяч звезд с 2009 по 2018 год. На первом этапе ученые смоделировали атмосферу типичных звезд Кеплера в присутствии магнитного поля. На втором этапе они сгенерировали "искусственные" данные наблюдений на основе этих расчетов. Как показало сравнение с реальными данными, при включении магнитного поля данные Кеплера успешно воспроизводятся. Команда также проанализировала данные космического телескопа Джеймса Уэбба. Телескоп способен разделять свет далеких звезд на различные длины волн и, таким образом, искать характерные признаки определенных молекул в атмосфере обнаруженных планет. Как оказалось, магнитное поле родительской звезды по—разному влияет на потемнение края звезды на разных длинах волн - и поэтому его следует учитывать при будущих оценках, чтобы получить еще более точные результаты.
|
|
|
|
"В последние десятилетия и годы для продвижения вперед в исследованиях экзопланет требовалось усовершенствовать аппаратуру - космические телескопы, предназначенные для поиска и характеристики новых миров. Космический телескоп Джеймса Уэбба вывел эту разработку на новые рубежи", - говорит доктор Александр Шапиро, соавтор текущего исследования и руководитель исследовательской группы в MPS. "Теперь следующим шагом является улучшение и уточнение моделей для интерпретации этих превосходных данных", - добавляет он. Чтобы еще больше продвинуть эту разработку, исследователи теперь хотят распространить свой анализ на звезды, которые явно отличаются от солнца. Кроме того, их результаты дают возможность использовать кривые блеска звезд с экзопланетами для определения напряженности магнитного поля звезды, которое в противном случае часто трудно измерить.
|
|
|
|
Источник
|
