Збираємо базу IT-компаній. Приєднуйтесь 👇

Вісім Юпітерів в одному: чому відкриття дослідниці Ольги Захожай і її команди може змінити уявлення про формування планет

Група астрономів на чолі з Ольгою Захожай (Інститут астрономії Макса Планка, Гайдельберг, Німеччина, та Головна астрономічна обсерваторія НАН України, Київ) відкрила екзопланету під назвою HD 114082 b зі своєрідним набором властивостей, який може змінити космологію. dev.ua розбирався в питанні. 

1 коментар
Вісім Юпітерів в одному: чому відкриття дослідниці Ольги Захожай і її команди може змінити уявлення про формування планет

Група астрономів на чолі з Ольгою Захожай (Інститут астрономії Макса Планка, Гайдельберг, Німеччина, та Головна астрономічна обсерваторія НАН України, Київ) відкрила екзопланету під назвою HD 114082 b зі своєрідним набором властивостей, який може змінити космологію. dev.ua розбирався в питанні. 

Чим екзопланети нагадують Тоні Старка

За екзотичним словом «екзопланета» криється звичайний антропоцентризм, тобто бажання ставити людину та місце її життя в «центр Всесвіту». 

«Екзо» — це зовнішній, як у слові «екзоскелет» (наприклад, костюм Тоні Старка, Залізної Людини — це класичний екзоскелет). У випадку з планетами йдеться про небесні тіла, які розташовані за межами Сонячної системи. Тобто екзопланети обертаються в інших зіркових системах або й узагалі мандрують самі по собі Галактикою. 

Ти серйозно вирішив пояснювати, що таке екзопланети, на мені? Звісно, я обожнюю науку! Фото: britannica, Marvel Studios

Як кажуть у NASA, перший можливий доказ існування екзопланети було помічено в 1917 році — утім, наявність екзопланети біля зірки Ван Маанена, білого карлика, що розташована приблизно в 14 світлових роках від Землі, поки не підтверджено. Астрономи бачили лише забруднення зовнішньої атмосфери — фотосфери — білого карлика важкими металами, яких там не має бути: гравітація небесного тіла мала би «втягнути» їх усередину. Зараз вважається, що такий спектр міг бути спричинений залишками сусідньої екзопланети, яку гравітація зірки розтерла в пил, який тепер падає на зірку. 

«Можливо, це перша екзопланета», написано про зірку Ван Маанена. Фото: NASA

Утім, сама думка про те, що навколо отих світлих крапочок на небі можуть бути свої «Землі». з’явилася набагато раніше. «Цей простір ми оголошуємо нескінченним… У ньому нескінченність світів такого ж роду, як і наш», — писав Джордано Бруно в 1584 році. 

Помилкові та реальні екзопланети

У 19 столітті також лунали заяви про відкриття екзопланет — у 1855 році Вільям Стівен Джейкоб із Мадраської обсерваторії Ост-Індської компанії повідомив, що помітив орбітальні аномалії подвійної зірки в системі 70 Змієносця. У 1890-х роках Томас Джеферсон Джексон Сі заявив, що орбітальні аномалії довели існування темного тіла в системі 70 Змієносця із 36-річним періодом навколо однієї із зірок. Потім Пітер ван дер Камп у 50–60 роках заявив про відкриття екзопланет мандрівної зірки Барнарда (на цю тему можете почитати чудові космоопери Джека Вільямсона, який «відкрив» ці планети до ван дер Кампа). Утім, усе це потім визнали помилкою. 

«Космічний Легіон» Джека Вільямсона описує, як люди воюють із прибульцями з Барнарда. Фото: AbeBook

Перше опубліковане відкриття, яке отримало подальше підтвердження, було зроблено в 1988 році канадськими астрономами Брюсом Кемпбеллом, Г.А.Х. Вокером і Стівенсоном Янгом з Університету Вікторії та Університету Британської Колумбії. Вони вже не кричали про це на весь світ, однак обережно заявили, що спостереження за радіальною швидкість показали планету, яка обертається навколо Гамми Цефея. Звісно, це сприйняли зі скепсисом, але в 1990 році з’явилися додаткові спостереження, а вже у 2003 році планету біля зірки таки підтвердили. 

А 9 січня 1992 року радіоастрономи Олександр Вольщан і Дейл Фрейл оголосили оголосили про відкриття двох планет, що обертаються навколо пульсара PSR 1257+12. Це відкриття підтвердили й тепер вважають першим остаточним фактом виявлення екзопланет. Станом на 2 грудня 2022 року відомо про 5288 підтверджених екзопланет у 3899 планетних системах. Найближчі екзопланети розташовані на відстані 4,2 ​​світлових років від Землі та обертаються навколо Проксими Центавра, найближчої до Сонця зірки.

Як знайти екзопланету

Як ви розумієте, непросто. Ми й планети Сонячної системи відкривали досить довго, а тут ідеться про об’єкти, що розташовані дуже далеко. Утім, людство на те й людство, що вміє робити майже неможливі штуки. 

Шукати прямим методом — тобто дуже-дуже приглядаючись — можна. Планети тьмяні. Зірки — яскраві. Сонце приблизно в мільярд разів яскравіше за планети, які відбивають його світло. Тому якщо поряд є дуже яскрава лампочка та дуже тьмяна лампочка, імовірно, ви бачите екзопланету. Утім, це важко: треба блокувати світло зірки та залишити світло планети. Тому зазвичай ми можемо побачити дуже велику екзопланету (більшу за Юпітер), яка розташована далеко від своєї зорі. 

Але більшість екзопланет відкрита непрямими способами:

  • Транзитний метод. Це коли екзопланета проходить перед зіркою, закриває її, і спостерігач бачить, як падає яскравість зірки. 
  • Радіально-швидкісний або доплерівський метод. Екзопланета крутиться навколо зірки, а зірка теж не стоїть на місці та рухається навколо центру мас системи. Зміна радіальної швидкості руху зірки вказує, є там якесь небесне тіло, яке її «підсмикує», чи ні. 
  • Метод зміни часу транзиту. Якщо в системі кілька екзопланет, вони впливають одна на одну, тому спостерігаючи за рухом доведеної екзопланети, можна побачити, чи «смикає» її якийсь прихований сусід. 
  • Метод гравітаційного мікролінзування. Якщо говорити метафорами, через краплю води на камері смартфона можна зафоткати мікрооб’єкт. У космосі такою «краплею» стає гравітація зірок, яка викривляє часопростір і концентрує потік фотонів від більш віддалених об’єктів. Тобто якщо одна зірка (лінза) розташована перед іншою (фоновою), вона перетворюється на гігантську космічну лупу. І коли ви спостерігаєте за цією лінзою, то можете побачити, що фонову зірку видно то краще, то гірше, бо гравітація лінзи змінюється через проходження планети. 
  • Астрометрія. Це точне вимірювання положення зірки на небі та спостереження, як це положення змінюється через гравітаційний вплив планети. 
  • Хронометраж пульсара. Пульсари «фонять» радіохвилями. Якщо там є планети, вони дадуть аномалії синхронізації радіоімпульсів. Так відкрили ті самі офіційні екзопланети. 
  • Змінна синхронізація зірок (частота пульсації). Як і пульсари, деякі зірки час від часу проявляють активність, зазвичай це періодичний процес, який можна порівняти з лампочкою новорічної гірлянди — якщо ми бачимо, що лампочка почала мигати по-іншому, значить, щось їй допомагає. 
  • Модуляції відбиття/випромінювання. Коли планета обертається дуже близько до зірки, вона вловлює значну кількість зоряного світла, а далі — варіації. Можна побачити зміну кількості цього світла, або більше світіння з одного боку планети, який повернутий до зорі та нагрівається краще. 
  • Релятивістське випромінювання. Яскравість зірки змінюється, коли планета наближається або віддаляється від своєї головної зірки. 
  • Еліпсоїдні варіації. Масивні планети, розташовані поблизу своїх зірок-господарів, можуть дещо деформувати форму зірки, що змінює її яскравість залежно від того, як зоря обертається навколо землі.  
  • Поляриметрія. Поляризоване світло, відбите від планети, відокремлюється від неполяризованого світла, випромінюваного зіркою.
  • Навколозоряні диски. Чимало зірок носять «плаття» з космічного пилу — уламків астероїдів і комет. Пил поглинає світло та випромінює його в інфрачервоному спектрі. Спостереження за диском може виявити планету. 

Що таке «зона Золотоволоски»? 

Я недарма згадував про Джека Вільямсона та його космоопери, бо найцікавіше питання, яке виникає у вчених, та й узагалі в людей: чи може там бути життя? 

В астрономії й астробіології навколозоряна населена зона (CHZ) або просто житлова зона — це діапазон орбіт навколо зірки, у межах якого поверхня планети може підтримувати рідку воду за достатнього атмосферного тиску. Бенчмарк — це ми: положення Землі та кількість енергії випромінювання від Сонця. Оскільки рідка вода важлива для біосфери, логічно допустити, що інші планети в подібній зоні можуть підтримувати позаземне життя. Можливо, навіть розумне. 

Житлову зону називають також «зона Золотоволоски» — як у казці «Три ведмеді» про дівчинку, яка обирає собі їжу та спальне місце в берлозі трьох ведмедів, ігноруючи «екстремальні» (надто великі, малі, гарячі та холодні) предмети та зупиняючись на підходящому. 

Золотоволоска втікає від космічного екстриму. Скрін: YouTube

Що ж відкрили астрономи на чолі з українкою?

Тепер, коли ми більш-менш розібралися з екзопланетами, можна зрозуміти, чому відкриття команди Ольги Захожай має настільки велике значення для науки. 

Планета HD 114082 b, як і належить газовим гігантам типу Юпітера, має розмір Юпітера, але її маса надто велика — як вісім Юпітерів. І вона трошки руйнує сучасні космологічні моделі, бо вважається, що це занадто. «У порівнянні із заведеними на цей час моделями, HD 114082 b приблизно в два-три рази щільніший, ніж має бути молодий газовий гігант, якому всього 15 мільйонів років», — каже Ольга Захожай, головна авторка дослідження. Середня щільність цієї газової планети вдвічі більша, ніж у Землі, що справді дивно, бо ми живемо на кам’янистій планеті із залізо-нікелевим ядром, а Юпітер майже повністю складається з водню та гелію — найлегших елементів у Всесвіті. 

«HD 114082 b на цей час є наймолодшим відомим газовим гігантом зі встановленою масою та радіусом», — підкреслює Захожай. 

Як створюються планети

Давайте розберемося, як узагалі виникають планети. У нас є молода центральна зірка, навколо якої крутиться чимало розігрітої речовини. Планети типу Землі — тверді — спочатку створюють тверде ядро, потім це ядро всмоктує речовину, висмоктує все поряд, заспокоюється, та нарешті лавова кулька починає охолоджуватися. Це — «холодний старт».

З великими планетами загалом відбувається трохи по-іншому: ядра немає, а часопростір розтягує сама речовина, зібрана в одному місці. Оскільки це велика штуковина, то й речовини вона засмоктує більше, аж поки не перетворюється на газовий гігант. Це — «гарячий старт».

Вважається, що землеподібні планети створюються в «холодному старті», а газові гіганти — у «гарячому старті». Утім, як показує приклад нововідкритої екзопланети, здається, є винятки. 

«Ми вважаємо, що гігантські планети можуть формуватися двома можливими способами, — каже Ральф Лаунхардт, співавтор з Інституту Макса Планка. — Обидва відбуваються всередині протопланетного диска газу та пилу, розподіленого навколо молодої центральної зірки». 

Тобто іноді кам’яне ядро розташоване в настільки «поживному» місці, що його гравітація засмоктує все більше та більше газу — так з’являється газовий гігант із кам’янистим ядром. 

Дивна планета

HD 114082 b не відповідає очікуванням астрономів. Його поєднання маси та розміру несумісне з картинкою гарячого старту. Натомість, здається, він краще відповідає сценарію холодного старту. Цікаво, що інші, трохи старші кандидати, цитовані в інших дослідженнях, демонструють таку саму поведінку. Утім, це ще не значить, що нам треба відмовитися від гарячого старту повністю. «Занадто рано відмовлятися від поняття гарячого старту, ​​— пояснює Ральф Лаунхардт. — Усе, що ми можемо сказати, це те, що ми все ще не дуже добре розуміємо формування планет-гігантів. Зрозуміло, що в порівнянні з поточними моделями, HD 114082 b занадто малий для своєї маси. Або він має надзвичайно велике тверде ядро, або моделі неправильні».

Властивості екзопланети HD 114082 b:

  • Назва: HD 114082 b 
  • Відстань від Землі: 310 світлових років 
  • Сузір’я: Кентавр
  • Маса: 8,0 ± 1,0 Маси Юпітера 
  • Радіус: 1,00 ± 0,03 Радіуси Юпітера 
  • Вік: 15 ± 6 мільйонів років 
  • Період обертання: 109,8 ± 0,4 дня 
  • Велика напіввісь орбіти: 0,51 ± 0,01 a.u. 
  • Метод виявлення: радіальна швидкість

HD 114082 b обертається навколо своєї сонцеподібної материнської зірки протягом 110 днів на відстані приблизно 0,5 астрономічних одиниць (відстань від Землі до Сонця — це 1 астрономічна одиниця). 

HD 114082 b є однією з трьох молодих планет-гігантів віком до 30 мільйонів років із відомими масами та розмірами. І всі вони несумісні з найпоширенішими моделями гарячого старту.

«Хоча для підтвердження цієї тенденції потрібно більше таких планет, ми вважаємо, що теоретики повинні почати переоцінку своїх розрахунків, — каже Захожай. — Це захопливо, як результати наших спостережень повертаються до теорії формування планет. Вони допомагають покращити наші знання про те, як ростуть ці гігантські планети, і підказують нам, де є прогалини в нашому розумінні».

Пам’ятаєте NASA розбила цілий космоліт об астероїд в прямому ефірі? Прийшли фоточки як це було
Пам’ятаєте, NASA розбила цілий космоліт об астероїд в прямому ефірі? Прийшли фоточки, як це було
По темi
Пам’ятаєте, NASA розбила цілий космоліт об астероїд в прямому ефірі? Прийшли фоточки, як це було
Божество зореліт уламок планети: що людство знає про Місяць і як збирається туди повертатися
Божество, зореліт, уламок планети: що людство знає про Місяць і як збирається туди повертатися
По темi
Божество, зореліт, уламок планети: що людство знає про Місяць і як збирається туди повертатися
Ура ми справді вміємо відхиляти астероїди: NASA підтвердило зміну орбіти після удару DART
Ура, ми справді вміємо відхиляти астероїди: NASA підтвердило зміну орбіти після удару DART
По темi
Ура, ми справді вміємо відхиляти астероїди: NASA підтвердило зміну орбіти після удару DART
Читайте головні IT-новини країни в нашому Telegram
Читайте головні IT-новини країни в нашому Telegram
По темi
Читайте головні IT-новини країни в нашому Telegram
dev.ua запускає джобборд з акційною пропозицією для IT-роботодавців

Надсилайте вакансії

Ми запускаємо розсилку про українське IT-ком’юніті. Залиште email, аби розуміти більше. Прем’єра — скоро!
Дякую! На вказану адресу надіслано листа для підтвердження підписки.
Читайте також
Потрібне щось надійне та стабільне в хаотичному світі? Зверніть увагу на гравітацію: вона була однакова завжди
Потрібне щось надійне та стабільне в хаотичному світі? Зверніть увагу на гравітацію: вона була однакова завжди
Потрібне щось надійне та стабільне в хаотичному світі? Зверніть увагу на гравітацію: вона була однакова завжди
Дослідники темної енергії довели, що одна з основних сил — гравітація — залишалася константою завжди. Це значить, що Ейнштейн був правий, а нам доведеться розбиратися, що саме стоїть за нинішнім розширенням Всесвіту. Universe Today публікує велику історію про це відкриття. dev.ua дає основне. 
1 коментар
Тримайтеся подалі від ковбасок, якщо ви чоловік, радить дослідження на 200 000 учасників
Тримайтеся подалі від ковбасок, якщо ви чоловік, радить дослідження на 200 000 учасників
Тримайтеся подалі від ковбасок, якщо ви чоловік, радить дослідження на 200 000 учасників
1 коментар
Репост новин змушує нас вважати себе розумнішими, але це не так. З лідерами думок теж працює, показує нове дослідження
Репост новин змушує нас вважати себе розумнішими, але це не так. З лідерами думок теж працює, показує нове дослідження
Репост новин змушує нас вважати себе розумнішими, але це не так. З лідерами думок теж працює, показує нове дослідження
Обмін новинними статтями з друзями та підписниками в соціальних мережах спонукає людей думати, що вони знають про теми цих статей більше, ніж вони знають насправді. І це працює з активними користувачами Facebook, що ставить під сумнів обізнаність ваших улюблених лідерів думок. Про це свідчить дослідження вчених з Техаського університету в Остіні. До речі, обов’язково покажіть цю статтю своїм друзям і репостніть у соцмережах.
Вимкніть синє світло: учені кажуть, що воно може прискорити старіння
Вимкніть синє світло: учені кажуть, що воно може прискорити старіння
Вимкніть синє світло: учені кажуть, що воно може прискорити старіння

Хочете повідомити важливу новину? Пишіть у Telegram-бот

Головні події та корисні посилання в нашому Telegram-каналі

Обговорення

Коментар прихований за порушення правил коментування.