Миссия eLISA сможет найти внегалактические экзопланеты
Новый метод преодолеет определенные ограничения существующих способов электромагнитного обнаружения
В недавней статье в журнале Nature Astronomy исследователи из Института гравитационной физики Макса Планка (Институт Альберта Эйнштейна / AEI) в Потсдаме и из французской Комиссии по альтернативной энергии и атомной энергии (CEA) предлагают, как запланированная космическая миссия eLISA может обнаруживать экзопланеты, вращающиеся вокруг двойных белых карликов в Млечном Пути и в близлежащих Магеллановых Облаках.
Этот новый метод преодолеет определенные ограничения существующих способов электромагнитного обнаружения и может позволить eLISA обнаруживать большие планеты с массой до 50 масс Земли.
За последние годы количество открытых экзопланет значительно возросло, и было обнаружено более 4000 планет, вращающихся вокруг большого числа звезд. До настоящего времени методы, используемые для поиска и характеристики этих систем, были основаны на электромагнитном излучении и ограничены солнечной окрестностью и некоторыми частями нашей галактики.
И вот теперь ученые показывают, как эти ограничения могут быть преодолены с помощью гравитационно-волновой астрономии. «Мы предлагаем метод, который использует гравитационные волны, чтобы найти экзопланеты, которые вращаются вокруг двойных звезд — белых карликов», — говорит Никола Таманини (AEI).
Белые карлики — это очень старые и маленькие остатки звезд, когда-то похожие на солнце. «LISA будет измерять гравитационные волны от тысяч двойных белых карликов. Когда планета вращается вокруг такой пары белых карликов, наблюдаемая гравитационно-волновая картина будет выглядеть иначе по сравнению с таковой для двойного белого карлика без планеты. Это характерное изменение в гравитационных волнах позволят нам обнаружить экзопланеты».
Новый метод использует модуляцию доплеровского сдвига сигнала гравитационной волны, вызванного гравитационным притяжением планеты у двойного белого карлика. Этот метод является гравитационно-волновым аналогом метода лучевой скорости, хорошо известного метода, используемого для поиска экзопланет со стандартными электромагнитными телескопами. Преимущество гравитационных волн заключается в том, что на них не влияет звездная активность, которая может препятствовать электромагнитным исследованиям.
В своей работе ученые показывают, что предстоящая миссия ЕКА eLISA (Evolved Laser Interferometer Space Antenna — Улучшенная космическая антенна, использующая принцип лазерного интерферометра), запланированная к запуску в 2034 году, может обнаружить экзопланеты массы Юпитера вокруг двойных белых карликов повсюду в нашей галактике, преодолевая ограничения в расстоянии, свойственные для электромагнитных телескопов.
Кроме того, они указывают на то, что eLISA будет иметь потенциал для обнаружения экзопланет также в близлежащих галактиках, что может привести к открытию первой в истории внегалактической экзопланеты.
«С теоретической точки зрения ничто не мешает присутствию экзопланет вокруг компактных двойных белых карликов» — говорят ученые. Если такие системы существуют и будут найдены eLISA, ученые получат новые данные для дальнейшего развития теории эволюции планет.
Они будут лучше понимать условия, при которых планета может пережить звездную фазу (фазы) красного гиганта, а также будут проверять существование планет второго поколения, то есть планет, которые формируются после фазы красного гиганта. С другой стороны, если eLISA не обнаружит экзопланеты, вращающиеся вокруг двойных белых карликов, ученые смогут установить ограничения на заключительной стадии эволюции планет в Млечном Пути.
Nicola Tamanini et al. The gravitational-wave detection of exoplanets orbiting white dwarf binaries using LISA, Nature Astronomy (2019). DOI: 10.1038/s41550-019-0807-y