Это планета? Астрономы следят за перспективным миром вокруг Альфа Центавра
Впервые в истории астрономы, возможно, увидели свет из мира, находящегося на благоприятной для жизни орбите вокруг другой звезды.
Планета-кандидат остается непроверенной и формально неназванной, это не более чем небольшая группа пикселей на экране компьютера, потенциальный сигнал, появляющийся из моря фонового шума. Если бы эта находка оказалась достоверной, то она не была бы особенно примечательной: "теплый Нептун", по оценкам, в пять-семь раз больше Земли, мир, который, как выяснилось, является обычным явлением на всем протяжении Млечного Пути для таких галактических переписчиков, как Кеплер НАСА и космического телескопа TESS. Но даже если он будет окутан газом и по существу лишен какой-либо поверхности, на которой можно было бы стоять, его удаленность от звезды поместила бы его в так называемую "жилую зону", где могла бы существовать жидкая вода. Ни одна другая планета не была непосредственно видна в этой залитой светом области вокруг любой другой звезды из-за сопутствующих бликов. И небесные координаты этого мира будут прямо из самых смелых мечтаний астрономов - он будет вращаться вокруг близнеца Солнца под названием Альфа Центавра A, который также является членом тройной звездной системы, которая всего лишь немногим менее 4,5 в световых годах от нас - ближайший к нам.
Из-за своей близости другие члены системы - немного меньшая солнечноподобная звезда под названием Альфа Центавра B и крошечный красный карлик Проксима Центавра - также являются приоритетными целями для астрономов, которые уже косвенно обнаружили присутствие двух миров вокруг Проксимы (в том числе, вероятно, каменистого и находящегося в пределах жилой зоны этой звезды). Ищете ли вы недвижимость в другом конце города или около другой звезды, местоположение действительно имеет значение. Система Центавра настолько близка, что предлагает уникальное место в первом ряду для ученых, стремящихся изучать атмосферы и поверхности любых существующих там миров, особенно для поиска возможных признаков жизни. А астрономы давно поняли, что планеты в некоторых отношениях похожи на домашних вредителей: там, где виден один, скорее всего, найдутся и другие. Вот почему, какими бы попытками они ни были, растущий урожай центаврианских миров намекает на неисчислимые открытия, которые еще предстоит сделать, и которые могут глубоко изменить представления о нашем месте во Вселенной.
О новых открытиях было сообщено в среду в журнале . Они получены от международного консорциума охотников за планетами под названием "Прорывной дозор" (Breakthrough Watch) в результате первого научного запуска единственного в своем роде прибора "прямой визуализации" под названием NEAR (New Earths in the AlphaCen Region), который работает на базе Очень большого телескопа (VLT) Европейской южной обсерватории (ESO) в Чили. Эта работа названа в честь ее главной финансирующей организации "Прорывные инициативы" - детища миллиардера Кремниевой долины Юрия Мильнера, который также спонсирует смежные проекты по поиску на небе признаков инопланетных цивилизаций и отправке в систему Альфа-Центавра точечных межзвездных зондов.
"Альфа Центавра предоставляет нам волшебную возможность, потому что нет лучшего места в небе, чтобы попытаться напрямую сфотографировать маленькие, потенциально пригодные для жизни планеты", - говорит соавтор исследования Пит Клупар, главный инженер Breakthrough Initiatives. "Это был в некотором смысле низко висящий фрукт всего за 3 миллиона долларов, мы с нашими международными партнерами смогли создать инструмент, чтобы воспользоваться миллиардами долларов, вложенными ESO в свои телескопы. Но это все равно что искать иголку в стоге сена, вот почему никто никогда не делал этого раньше. Правительства, как правило, создают обзорные инструменты, чтобы посмотреть на большое количество звезд и гарантировать возврат инвестиций, в то время как NEAR был специально создан, чтобы просто сделать эту единственную, рискованную вещь".
Дразнящий сигнал кандидата возник в результате 100 часов наблюдений на VLT, которые длились в общей сложности 10 ночей весной 2019 года. К июню того же года, когда члены команды Breakthrough Watch тщательно проанализировали свои наблюдения, они начали понимать, что, возможно, что-то нашли. Кевин Вагнер, ведущий автор исследования и научный сотрудник Сагана из Университета Аризоны, впервые увидел убедительные доказательства того, что гребень метки, похожей на планету, поднимается намного выше инструментального шума NEAR. Это случилось, когда он дистанционно обрабатывал партию данных во время семейного отдыха на озере Йокасси (штат Колорадо). Измеряя его яркость и разбивая ее на границы планетарных масс и размеров, вычисленных в предыдущих исследованиях другими группами, команда Breakthrough Watch подсчитала, что если бы этот блип действительно был планетой, то, скорее всего, она находилась бы где-то между Нептуном и Сатурном по размерам. К ноябрю он и его коллеги были уверены, что эту находку стоит опубликовать, даже если она оказалась совсем не миром. (Соседняя звездная система не в первый раз обманывает астрономов. Рассмотренные коллегами утверждения о том, что небольшая планета вокруг Альфа Центавра В в 2012 году испарилась несколько лет спустя, оказались продуктами звездного шума).
"В каком-то смысле я надеюсь, что и на этот раз мы ничего не обнаружили", - говорит Вагнер. - "Потому что больше всего я хочу найти планету, похожую на Землю, в обитаемой зоне. Присутствие Нептуна в обитаемой зоне Альфы Центавра А не исключало бы чего-то меньшего поблизости, но это ограничило бы некоторую область, в которой мы могли бы надеяться на существование там каменистых миров в первую очередь."
Нет недостатка в других возможных объяснениях слабого сигнала, который, по сути, представляет собой тепловую струю инфракрасных фотонов, то есть тепла, которая, по-видимому, исходит от источника на внешней границе обитаемой зоны Альфы Центавра А. В видимом свете звезда, похожая на Солнце, в миллиарды раз затмевает небольшую каменистую планету. Но в инфракрасном диапазоне звезда более тусклая, а планета наиболее яркая, поэтому этот коэффициент контрастности «всего» измеряется миллионами. На протяжении десятилетий сложность достижения даже этого более скромного измерения ограничивала прямые изображения горячими планетами-гигантами, вращающимися вдали от своих звезд. То есть до тех пор, пока не было построено NEAR. Это коронаграф в средней инфракрасной области, специализированный прибор, предназначенный для затуманивания основной части теплового свечения звезды при плотной длине волны 10 микрон. Дополненный адаптивной оптикой для компенсации размытой турбулентности атмосферы Земли, в процессе работы он переключает фокус между Альфа Центавра A и B каждые десятые доли секунды, используя наблюдения каждой звезды для калибровки наблюдений другой звезды. Он постепенно отсеивает звездный свет и складывается кадр за кадром, чтобы позволить любому слабому планетному свету накапливаться и в конечном итоге быть видимым. Но вместо того, чтобы выдавать присутствие планеты, любая возникающая в результате вспышка могла быть далеким фоновым объектом, кучкой звездной пыли или поясом астероидов, вращающихся вокруг звезды, или даже странной игрой блуждающих фотонов, просачивающихся из лучевых линий и распыляющихся через чувствительную оптику внутри прибора. Вагнер и его соавторы уже исключили первую возможность (ни одна из известных фоновых звезд или галактик не может объяснить всплеск), но остальные в той или иной степени остаются в игре.
Подтверждение планетарного статуса пятна должно было быть относительно простым: просто попытайтесь снова наблюдать его после того, как пройдет достаточно времени; если это действительно планета, ее орбитальное движение приведет ее к новому и очень отличному положению вокруг своей звезды. Последующие, более трудоемкие исследования с NEAR могли бы затем грубо измерить цвета вспышки, чтобы помочь устранить гипотезу "пылевого облака". Но этому не суждено было случиться — во всяком случае, пока, — поскольку последовавшая за этим пандемия ковида закрыла астрономические обсерватории и почти все остальное по всему земному шару. Вагнер говорит, что команда подала заявку на дополнительное время для использования NEAR на VLT, но эта заявка еще не одобрена.
На данный момент NEAR - единственный коронограф на Земле, имеющий реальную возможность получить изображения скрытых миров Альфы Центавра. Но другие инструменты и средства уже ждут своего часа, чтобы провести свою собственную проверку системы. И высокоточный спектрограф радиальных скоростей EXPRES, и его более совершенный европейский аналог, ESPRESSO, уже работают. Они могут помочь косвенно подтвердить планету-кандидат и другие планеты, а также оценить их массы, наблюдая за периодическими колебаниями, которые орбитальное притяжение каждого мира индуцирует на своей звезде-хозяине. Связанный с этим метод, астрометрия, мог бы делать то же самое, точно определять планетные массы, измеряя, как гравитационное влияние каждого мира слегка меняет положение звезды в плоскости неба. Такие наблюдения с использованием большой миллиметровой антенной решетки Атакама в Чили или даже скромной специальной космической миссии, финансируемой организацией "Прорывные инициативы", могут произойти в конце этого десятилетия.
Космический телескоп НАСА Джеймса Уэбба, запуск которого запланирован на конец октября, также будет способен напрямую отображать планету-кандидат за один полный день наблюдательного времени, согласно недавнему исследованию, проведенному одним из ведущих ученых Уэбба, Чарльзом Бейчманом из Калифорнийского технологического института. "Поскольку Альфа Центавр А - близнец нашего собственного Солнца и находится на расстоянии менее пяти световых лет, это действительно наш ближайший сосед по Солнцу", - говорит Бейчман. "Это делает его первым среди равных, из всех звезд на небе. Ни одна другая система не поддастся более детальным исследованиям в течение ближайших нескольких десятилетий".
Миссия телескопа Nancy Grace Roman Space Telescope - также будет содержать коронограф в качестве демонстрации технологии, которая может (с некоторыми изменениями, которые сейчас активно рассматриваются) потенциально сфотографировать кандидата.
Примерно в то же самое время, когда может запуститься телескоп Nancy Grace Roman, новое поколение сложных коронаграфов, связанных с гигантскими наземными обсерваториями, должно начать работу, которые могли бы за считанные минуты производить изображения планет Центавра, для которых в настоящее время потребуются много часов времени NEAR на VLT. Чрезвычайно большой телескоп ESO и его американский аналог, гигантский Магелланов телескоп, оснащенный зеркалами, собирающими звездный свет, диаметром 30 и более метров, теоретически могли бы собирать достаточно света от обитаемой зоны Нептуна вокруг Альфа Центавра А для изучения его атмосферы, вынюхивая, что там происходит в знакомой или инопланетной химии. Наконец, НАСА и другие космические агентства в настоящее время изучают концепции многомиллиардных космических телескопов на 2030-е годы и последующий период. Некоторые из них могут снимать и искать признаки жизни на небольших каменистых планетах вокруг Альфа Центавра, а также на многих других близлежащих звездах.
Все это означает, что, даже если этот последний кандидат с Альфы Центавра окажется фальшивым, он все равно сигнализирует о чем-то вполне реальном: надвигающейся перемене, в которой охотящиеся за планетами астрономы переходят от безопасных статистических наблюдений к более смелым углубленным исследованиям отдельных миров, некоторые из которых могут содержать жизнь.