Ученые получили прямое изображение экзопланеты HIP-99770b

Используя данные космического телескопа Gaia, который составляет карту Млечного Пути, астрономы обнаружили изгиб в движении звезды HIP-99770, что свидетельствует о наличии поблизости планеты.

Последующие наблюдения принесли еще одно открытие: редкое прямое изображение экзопланеты, впоследствии названной HIP-99770b. Это первый случай, когда астрометрия — отслеживание движения звезды — была объединена с прямой визуализацией для обнаружения планеты на орбите звезды.

Эти усилия представляют собой новый и эффективный способ поиска миров за пределами Солнечной системы, как для лучшего понимания разнообразия планет и планетарных систем, так и для поиска другого мира, на котором может быть жизнь.

«Выполнение прямой визуализации и астрометрии позволяет нам впервые получить полное представление об экзопланете: измерить ее атмосферу, взвесить ее и отследить ее орбиту одновременно», — говорят ученые.

«Этот новый подход к поиску планет предвосхищает то, как мы когда-нибудь будем идентифицировать и характеризовать близнеца Земли возле ближайших звезд».

Поиск экзопланет — непростая задача. Они очень маленькие и очень тусклые по сравнению со звездами, вокруг которых они вращаются, и они очень далеко. Это означает, что мы обычно вообще не видим их напрямую. Какой бы свет они ни излучали или отражали, он заглушается сиянием их звезды. Вместо этого большинство из более чем 5300 подтвержденных экзопланет, идентифицированных на сегодняшний день, были обнаружены лишь косвенно.

Есть два основных способа сделать это, и оба лучше подходят для поиска экзопланет, вращающихся вокруг своих звезд на близких расстояниях. Во-первых, искать транзиты, слабые и регулярные провалы в звездном свете, которые выявляют присутствие вращающейся экзопланеты, проходящей перед звездой.

Во-вторых, искать изменения длины волны света звезды, известные как доплеровские сдвиги, по мере того, как она движется вокруг общего центра орбиты, которую она делит с экзопланетой.

Это потому, что гравитация экзопланеты также влияет на звезду; два тела движутся вокруг этого центра в своего рода танце. Такое движение в звезде можно обнаружить и другим способом.

Звезды в Млечном Пути не неподвижны; они вращаются вокруг галактического центра так же, как планеты Солнечной системы вращаются вокруг Солнца. Таким образом, вместо того, чтобы использовать изменения длины волны, астрометрический метод ищет отклонения от прямой линии движения, когда звезда движется через галактику.

Метод можно использовать для обнаружения экзопланет, которые не могут быть обнаружены с помощью доплеровского смещения, например экзопланет, вращающихся по большим орбитам вокруг своих звезд.

А экзопланеты, которые находятся на большом расстоянии от своих звезд, являются лучшими кандидатами для прямых изображений, поскольку они находятся достаточно далеко, чтобы их можно было отличить от звездного сияния.

«Методы косвенного обнаружения планет ответственны за большинство открытий экзопланет до сих пор. Использование одного из этих методов, точной астрометрии, подсказало нам, где искать, чтобы попытаться отобразить планеты», — говорят ученые. «И, как выясняется, теперь мы можем видеть планеты намного проще».

Исследователи отправились на поиски кандидатов для прямых изображений в данных, собранных космическими аппаратами Gaia и Hipparcos: проекты Европейского космического агентства, которым было поручено картографировать Млечный Путь, включая положение и движение звезд. Это дало им 25-летнию запись звездных позиций.

Несколько звезд демонстрировали признаки извилистого движения, которое могло свидетельствовать о присутствии гигантской экзопланеты. Телескоп Субару и обсерватория Кека на Гавайях были пущены в работу, чтобы непосредственно искать эти миры. И они смогли найти их.

HIP-99770b — экзопланета с массой в 14–16 раз больше и радиусом в 1,05 раза больше Юпитера, вращающаяся вокруг звезды, вдвое превышающей массу Солнца, на расстоянии 17 астрономических единиц. Это более чем в три раза превышает расстояние от Солнца до Юпитера, составляющее 5 астрономических единиц, и лишь немногим ближе, чем расстояние до Урана, равное 19,8 астрономическим единицам.

Бело-голубая звезда HIP 99770 (29 Лебедя) расположена на расстоянии 133 световых лет от Солнца. Температура звезды 8000 К, светимость — в 13,86 раза больше солнечной, радиус — 1,94 радиуса Солнца.

Планета получает примерно столько же звездного излучения сколько и Юпитер, потому что звезда HIP-99770 намного ярче нашего Солнца.

Поскольку астрономам удалось напрямую сфотографировать экзопланету, они смогли измерить ее свойства. Она теплее и менее облачна, чем экзопланеты, которые были обнаружены ранее напрямую, вращающиеся вокруг звезды HR 8799, а в ее атмосфере присутствуют как вода, так и угарный газ.

Прямые изображения также показали наличие диска ледяных обломков, вращающегося вокруг звезды на расстоянии около 150 астрономических единиц, подобно поясу Койпера в Солнечной системе. Ученые, несомненно, продолжат исследовать экзопланету, чтобы увидеть, что еще можно извлечь из прямых изображений.

Тем временем исследователи продолжают наблюдать и анализировать примерно 50 звезд-кандидатов, которые они идентифицировали в данных Gaia-Hipparcos.

HIP-99770b представляет собой доказательство концепции их методов.

«Это первое из многих открытий нашей программы визуализации, которая использует астрометрию для выбора целей. У нас уже есть дополнительные открытия, о которых будет объявлено позже в этом и следующем году», — говорят ученые. «Сейчас мы находимся в новой эре визуализации других миров».

Исследование опубликовано в журнале Science.