Американские астрономы на пресс-конференции 15 сентября сообщили об открытии планеты с двумя солнцами. Ее нашел орбитальный телескоп NASA «Кеплер» (Kepler), запущенный в 2009 г. для фотометрического поиска внесолнечных планет (он отслеживает периодические изменения яркости, вызываемые прохождениями планеты перед звездой). Звездная система, удаленная от нас на расстояние 200 световых лет, состоит из оранжевого и красного карликов, которые обращаются вокруг общего центра масс с периодом в 41 сутки.
Масса планеты Kepler-16b сопоставима с массой Сатурна. Радиус ее круговой орбиты практически равен радиусу орбиты Венеры — 105 млн км; год тоже почти венерианский, 229 суток. Однако температура ее поверхности скорее всего не превышает 170-200 кельвинов, так как обе звезды на тысячи градусов холоднее Солнца.
Эта новость была моментально растиражирована средствами массовой информации, ведь открытие экзопланеты в двойной звездной системе вполне тянет на сенсацию (тем более, что такая планета фигурирует в киноэпопее «Звездные войны» и зовется Татуином). В 2010-х годах уже находили несколько кандидатов на роль «Татуина» — по косвенным данным. Была и неподтвержденная «планета трех солнц» HD 188753 Ab). Здесь же периодические транзитные затмения — очень надежная информация.
Кое-какие важные моменты ускользнули от внимания журналистов. Во-первых, орбитальная плоскость двойной затменной звездной системы KIC 12644769, к которой принадлежит планета, практически точно лежит на луче, соединяющем ее с Солнцем, так что земные приборы видят ее «с ребра». Это обстоятельство как раз и сделало возможной идентификацию планеты, которая периодически частично экранирует свет, приходящий от каждой звезды. Но наклонение орбитальной плоскости планеты с течением времени варьирует с амплитудой в 0,2°, из-за чего фотометрическая регистрация планеты возможна отнюдь не всегда. Прохождения планеты по диску оранжевого карлика для земных астрономов прекратятся в начале 2018 г. и возобновятся только в 2042 г. Транзиты через красный карлик станут ненаблюдаемыми в мае 2014 г. и останутся таковыми еще 35 лет. Так что первооткрывателям сильно повезло.
В двойных звездных системах возможны два типа планетных орбит:
1) Планета обращается на расстоянии, значительно превосходящем размеры орбиты звездной пары, сразу вокруг обеих звезд. Именно такую планету и открыли в данном случае. Газопылевые диски на таких орбитах уже открывали, и то, что планеты в такой конфигурации «на подходе», почти никто не сомневался (но строго говоря наличие газопылевого диска еще не означает, что при его рассеивании останутся готовые планеты на устойчивых орбитах).
2) Планета крутится вокруг одной из звезд двойной системы на расстоянии, заметно уступающем размерам звездной орбиты. Формально это тоже планета в системе двух солнц, и такие планеты уже давно известны.
Еще один нюанс, связанный с двухзвездными планетами. Из самых общих соображений следует, что им легче возникать на периферии протопланетного диска, где не так чувствуются возмущения гравитационного поля, вызванные движением звезд. Отсюда следует, что среди них должны преобладать планеты с большими периодами — как минимум, порядка десятка земных лет. С другой стороны, для надежной фотометрической регистрации планеты надо наблюдать как минимум два ее прохождения по звездному диску. Так что, возможно, мы их пока не замечаем просто из-за того, что такие наблюдения ведутся лишь несколько лет. И надо просто подождать.
Второй интересный момент состоит в том, что наличие планеты позволило чрезвычайно точно измерить массы и радиусы обеих звезд. В частности, красный карлик оказался самой легкой на сегодняшний день звездой главной последовательности, для которой эти данные известны с таким количеством знаков после запятой (его масса равна 0,202-0,203 массы Солнца, радиус — 0,226-0,227 солнечного радиуса). Масса оранжевого карлика составляет 69% массы Солнца, радиус — 65%.
Орбита планеты Kepler-16b почти компланарна звездной орбите (лежит с ней практически в одной плоскости), угол между ними не превышает 0,4°. Отсюда следует, что планета образовалась из того же газопылевого облака, что и сами звезды, а не была ими захвачена на более поздней стадии. Теоретические модели формирования планет в окрестности двойных звезд пока разработаны куда хуже, нежели аналогичные модели для звезд-одиночек. Если расстояния между звездами не слишком велики (что как раз имеет место в данном случае), гравитационные пертурбации, вызванные их взаимным движением, не слишком чувствуются на периферии протопланетного диска и потому не особо препятствуют рождению планетезималей (планетных «эмбрионов») и их последующему слипанию. Однако детали этой эволюции служат пока предметом споров, так что дальнейшее изучение новооткрытой тройной системы обещает немало интересного.
Инициатор этого проекта и первый автор публикации в Science Лоуренс Дойл рассказал мне, что его команда в течение первых двух лет после запуска «Кеплера» занималась только каталогизированием двойных затменных звезд, обнаруженных аппаратурой телескопа. Лишь на третий год они начали искать среди них кандидатов на обладание планетами, и Kepler-16b стал первым успехом. Дойл выразил уверенность, что в течение следующих нескольких месяцев последуют и другие подобные открытия.
Алексей Левин
1. Laurance R. Doyle et al, Kepler-16: A Transiting Circumbinary Planet — http://sciencemag.org/content/333/6049/1602.abstract