Изображения области события микролинзирования, обозначенной перпендикулярными белыми линиями, за годы до события (а), вскоре после пикового увеличения фоновой звезды в 2020 году (б) и в 2023 году после ее исчезновения (в). Планетную систему с белым карликом, планетой земного типа и коричневым карликом увидеть невозможно; точка света на (c) исходит от звезды-источника фона, которая больше не увеличивается. Фото: OGLE, CFHT, Обсерватория Кека.
Открытие похожей на Землю планеты в 4000 световых годах от нас в галактике Млечный Путь дает представление об одной возможной судьбе нашей планеты через миллиарды лет в будущем, когда Солнце превратится в белого карлика, а Земля превратится в взорванную и замороженную. мигрировал за пределы орбиты Марса.
Эта далекая планетная система, выявленная астрономами Калифорнийского университета в Беркли после наблюдений с помощью 10-метрового телескопа Кека на Гавайях, выглядит очень похожей на ожидания от системы Солнце-Земля: она состоит из белого карлика массой примерно в половину массы Солнце и спутник размером с Землю на орбите, вдвое большей, чем сегодняшняя Земля.
Вероятно, такова судьба Земли. Солнце в конечном итоге раздуется, как воздушный шар, размер которого превышает сегодняшнюю орбиту Земли, и при этом поглотит Меркурий и Венеру. Поскольку звезда расширяется и становится красным гигантом, ее уменьшающаяся масса заставит планеты мигрировать на более далекие орбиты, предоставляя Земле небольшую возможность выжить дальше от Солнца. В конце концов, внешние слои красного гиганта будут снесены ветром, оставив после себя плотный белый карлик размером не больше планеты, но с массой звезды. Если Земля выживет к тому времени, она, вероятно, окажется на орбите, в два раза превышающей нынешний размер.
Открытие, которое будет опубликовано в журнале Nature Astronomy, расскажет ученым об эволюции звезд главной последовательности, таких как Солнце, от фазы красного гиганта до белого карлика, и о том, как это влияет на планеты вокруг них. Некоторые исследования предполагают, что для Солнца этот процесс может начаться примерно через 1 миллиард лет, в конечном итоге испаряя земные океаны и удвоив радиус орбиты Земли — если расширяющаяся звезда сначала не поглотит нашу планету.
В конце концов, примерно через 8 миллиардов лет, внешние слои Солнца рассеются, оставив после себя плотный светящийся шар — белый карлик — массой примерно половину Солнца, но меньшими по размеру, чем Земля.
«В настоящее время у нас нет единого мнения о том, сможет ли Земля избежать поглощения красным гигантом Солнцем через 6 миллиардов лет», — сказал руководитель исследования Кеминг Чжан, бывший докторант Калифорнийского университета в Беркли, который сейчас является Эриком и Венди Шмидт, научный сотрудник Калифорнийского университета в Сан-Диего.
«В любом случае, планета Земля будет пригодна для жизни только примерно в течение еще примерно миллиарда лет, после чего океаны Земли испарится из-за безудержного парникового эффекта — задолго до того, как появится риск быть поглощенным красным гигантом».
Планетарная система представляет собой один из примеров планеты, которая выжила, хотя она находится далеко за пределами обитаемой зоны тусклого белого карлика и вряд ли может содержать жизнь. Возможно, в какой-то момент на нем были пригодные для жизни условия, когда его хозяином еще была звезда, подобная Солнцу.
«Неизвестно, сможет ли жизнь выжить на Земле в этот период (красного гиганта). Но, конечно, самое главное то, что Земля не будет поглощена Солнцем, когда она станет красным гигантом», — сказала Джессика Лу, доцент и заведующая кафедрой астрономии в Калифорнийском университете в Беркли. «Эта система, которую обнаружил Кеминг, является примером планеты — вероятно, земноподобной планеты, первоначально находившейся на орбите, аналогичной Земле, — которая пережила фазу красного гиганта своей родительской звезды».
Микролинзирование делает звезды ярче в тысячу раз
Далекая планетная система, расположенная недалеко от выпуклости в центре нашей галактики, привлекла внимание астрономов в 2020 году, когда она прошла перед более далекой звездой и усилила свет этой звезды в 1000 раз. Гравитация системы действовала как линза, фокусируя и усиливая свет звезды на заднем плане.
Команда, обнаружившая это «событие микролинзирования», назвала его KMT-2020-BLG-0414, поскольку оно было обнаружено Корейской сетью телескопов микролинзирования в южном полушарии. Увеличение фоновой звезды – также находящейся в Млечном Пути, но на расстоянии около 25 000 световых лет от Земли – все еще было всего лишь крошечной точкой света.
Тем не менее, изменение ее интенсивности в течение примерно двух месяцев позволило команде оценить, что в систему входит звезда, масса которой примерно равна половине Солнца, планета, масса которой равна массе Земли, и очень большая планета, масса которой примерно в 17 раз превышает массу Юпитера. коричневый карлик. Коричневые карлики — это несостоявшиеся звезды, чья масса едва достигает той, которая необходима для зажигания термоядерного синтеза в ядре.
Анализ также пришел к выводу, что планета, похожая на Землю, находилась на расстоянии от 1 до 2 астрономических единиц от звезды, то есть примерно в два раза больше расстояния между Землей и Солнцем. Было неясно, что это за звезда, поскольку ее свет терялся в сиянии увеличенной звезды на заднем плане и нескольких близлежащих звезд.
Чтобы определить тип звезды, Чжан и его коллеги, в том числе астрономы Калифорнийского университета в Беркли Джессика Лу и Джошуа Блум, более внимательно изучили систему линз в 2023 году с помощью 10-метрового телескопа Keck II на Гавайях, который оснащен адаптивной оптикой для устранения размытие от атмосферы. Поскольку они наблюдали систему через три года после события линзирования, фоновая звезда, которая когда-то была увеличена в 1000 раз, стала достаточно тусклой, чтобы линзирующую звезду можно было бы увидеть, если бы она была типичной звездой главной последовательности, такой как Солнце, сказал Лу.
Но Чжан ничего не обнаружил на двух отдельных изображениях Кека.
«Наши выводы основаны на исключении альтернативных сценариев, поскольку нормальную звезду можно было бы легко увидеть», — сказал Чжан. «Поскольку линза темная и имеет небольшую массу, мы пришли к выводу, что это может быть только белый карлик».
«Это тот случай, когда ничего не видеть на самом деле интереснее, чем видеть что-то», — сказал Лу, который ищет явления микролинзирования, вызванные свободно плавающими черными дырами звездной массы в Млечном Пути.
Находим экзопланеты с помощью микролинзирования
Это открытие является частью проекта Чжана по более тщательному изучению событий микролинзирования, показывающих наличие планеты, чтобы понять типы звезд, вокруг которых живут экзопланеты.
«Здесь есть определенная удача, потому что можно ожидать, что менее одной из 10 микролинзирующих звезд с планетами будут белыми карликами», — сказал Чжан.
Новые наблюдения также позволили Чжану и его коллегам разрешить неясность относительно местонахождения коричневого карлика.
«Первоначальный анализ показал, что коричневый карлик находится либо на очень широкой орбите, как у Нептуна, либо в пределах орбиты Меркурия. Гигантские планеты на очень маленьких орбитах на самом деле довольно распространены за пределами Солнечной системы», — сказал Чжан, имея в виду класс планет-гигантов. планеты, называемые горячими Юпитерами. «Но поскольку теперь мы знаем, что он вращается вокруг остатка звезды, это маловероятно, поскольку он был бы поглощен».
Неоднозначность моделирования вызвана так называемым вырождением микролинзирования, когда две различные конфигурации линзирования могут вызывать один и тот же эффект линзирования. Это вырождение связано с тем, которое Чжан и Блум обнаружили в 2022 году с помощью метода искусственного интеллекта для анализа моделирования микролинзирования. Чжан также применил ту же технику искусственного интеллекта, чтобы исключить альтернативные модели KMT-2020-BLG-0414, которые могли быть пропущены.
«Микролинзирование превратилось в очень интересный способ изучения других звездных систем, которые невозможно наблюдать и обнаружить обычными способами, то есть методом транзита или методом лучевых скоростей», — сказал Блум. «Существует целый ряд миров, которые сейчас открываются нам через канал микролинзирования, и что интересно, мы находимся на пороге поиска таких экзотических конфигураций».
Одной из целей римского телескопа Нэнси Грейс НАСА, запуск которого запланирован на 2027 год, является измерение кривых блеска в результате событий микролинзирования для поиска экзопланет, многие из которых потребуют последующего наблюдения с использованием других телескопов для определения типов звезд, на которых расположены экзопланеты.
«Что требуется, так это тщательное наблюдение с использованием лучших в мире средств, то есть адаптивной оптики и обсерватории Кека, не просто через день или месяц, но через много-много лет в будущем, после того, как линза отойдет от звезды на заднем плане. чтобы вы могли начать понимать, что вы видите», — сказал Блум.
Чжан отметил, что даже если Земля будет поглощена во время фазы красного гиганта Солнца примерно через миллиард лет, человечество может найти убежище во внешней Солнечной системе. Некоторые спутники Юпитера, такие как Европа, Каллисто и Ганимед, а также Энцелад вокруг Сатурна, по-видимому, имеют океаны с замороженной водой, которые, вероятно, растают по мере расширения внешних слоев красного гиганта.
«Поскольку Солнце станет красным гигантом, обитаемая зона переместится вокруг орбит Юпитера и Сатурна, и многие из этих спутников станут планетами-океанами», — сказал Чжан. «Я думаю, в этом случае человечество могло бы мигрировать туда».
Другими соавторами являются Вейчэн Занг и Шуде Мао из Университета Цинхуа в Пекине, Китай, которые являются соавторами первой статьи о KMT-2020-BLG-0414; бывший аспирант Калифорнийского университета в Беркли Карим Эль-Бадри, ныне доцент Калифорнийского технологического института в Пасадене; Эрик Агол из Вашингтонского университета в Сиэтле; Б. Скотт Гауди из Университета штата Огайо в Колумбусе; Куинн Конопаки из Калифорнийского университета в Сан-Диего; Натали ЛеБарон из Калифорнийского университета в Беркли; и Шон Терри из Университета Мэриленда в Колледж-Парке.
Информация от: Калифорнийским университетом в Беркли.
