Тайны одной из самых интригующих близлежащих планетарных систем теперь разгаданы. Об этот заявили авторы научной статьи, опубликованной 22 апреля 2014 года в журнале «Monthly Notices of the Royal Astronomical Society». Исследование было направлено на создание первой «жизнеспособной» модели для планетарной системы, вращающейся в гордом одиночестве вокруг одной из первых звезд, обнаруженных астрономами. В рамках исследования, возглавляемого аспирантом Benjamin Nelson из Penn State University, анализировались планеты, вращающиеся вокруг звезды 55 Cancri А. Nelson оказывали помощь специалисты Center for Exoplanets and Habitable Worlds at Penn State и ещё пять астрономов из различных научно-исследовательских учреждений Германии и США.
В ходе многочисленных исследований, проводившихся с 2002 года, учёные не могли определить «правдоподобную» модель для масс и орбит двух планет-гигантов, расположенных к 55 Cancri А намного ближе, нежели Меркурий к Солнцу. Астрономы изо всех сил пытались понять, как этим массивным планетам, орбита которых проходит столь близко к родительской звезде, удается избежать катастрофы, в частности столкновения с звездой или друг с другом. Новое исследование во главе с Penn State University объединило тысячи наблюдений с новыми статистическими и вычислительными методами. Учёные поставили перед собой цель — измерить свойства планет более точно, продемонстрировав при этом то, что их массы и орбиты препятствуют самоликвидации планетарной системы, по крайне мере, в ближайшее время.
По словам профессора астрономии и астрофизики Университета штата Пенсильвания Eric Ford, который является соавтором научной публикации и членом Penn State Center for Astrostatistics и Penn State Institute for CyberScience, планетарная система 55 Cancri по своей природе уникальна, так как характеризуется широким разнообразием планет и астрономических наблюдений. Сложность этой системы заключается в том, что интерпретировать наблюдения за этой планетарной системой чрезвычайно сложно, признается Ford, который занимался моделированием сложных наборов данных.
В рамках нового исследования Nelson и Ford сотрудничали с программистами, дабы разработать инструменты для того, чтобы смоделировать планетарные системы, используя видеокарты для ускорения вычислений. Комбинируя различные типы наблюдений, астрономы Университета штата Пенсильвания определили, что масса одной из планет системы, а именно 55 Cnc е, более чем в 8 раз превышает массу Земли. Несмотря на то, что радиус 55 Cnc е вдвое больше радиуса Земли, её плотность такая же, как и нашей планеты. Это планета слишком горячая, чтобы на её поверхности могла существовать жидкая вода. По приблизительным оценкам учёных, температура поверхности 55 Cancri составляет порядка 2100 С, следовательно, планета не пригодна для жизни.
Лишь в 2011 году, спустя 8 лет после открытия этой самой внутренней планеты системы 55 Cancri, астрономы признали, что орбитальный период 55 Cnc е составляет менее 18 часов, а не 3 дня, как первоначально предполагалось. Вскоре после этого астрономы «засекли» планету во время её транзита перед родительской звездой, что позволило измерить относительный размер экзопланеты.
По словам Benjamin Nelson, эти две гигантские планеты 55 Cancri взаимодействуют друг с другом настолько сильно, что астрономы вполне могут обнаружить изменения в их орбитах. Подобного рода открытия весьма интересны, так как дают возможность учёным узнавать о таких вещах, которые при иных обстоятельствах не удалось бы установить, отмечает исследователь. Тем не менее быстрые взаимодействия между планетами также сопряжены с трудностями, в частности, с проблематичностью моделирования системы. Так, для составления общей модели предварительно необходимо составить модель траектории движения.
По словам Ford, для того, чтобы точно определить размеры и свойства планет «супер-Земной массы», необходимо максимально детализировано описать специфику движения планет-гигантов. Он отмечает, что в ходе предыдущих исследований аспект взаимодействия планет был проигнорирован. Тем не менее, в нескольких более ранних исследованиях эти эффекты были смоделированы, но ввиду огромного количества вычислений, необходимых для всеобщего анализа, тогда был проведён лишь упрощённый статистический анализ.
Программист Padma Raghavan считает, что это исследование является примером научного прорыва.
Планетарная система 55 Cancri расположена всего в 39 световых годах от Земли в Созвездии Рак. Поскольку, по астрономическим меркам, это расстояние ничтожно мало, то система, если смотреть с Земли, весьма яркая. Благодаря незначительной отделённости астрономы посредством приборов наземного базирования смогли измерить радиус звезды планетарной системы. Располагая информацией о радиусе звезды, астрономы смогли измерить её массу — масса звезды 55 Cancri А примерно равна солнечной — а также определить размеры и плотность вращающихся вокруг неё планет размером с супер-Земли.
Доцент Университета штата Пенсильвания Jason Wright, который специализируется на изучении планетарных систем отмечает, что 55 Cancri А настолько яркая, что её можно увидеть даже невооружённым глазом. По его словам, астрономы измерили скорость движения звезды в четырёх различных обсерваториях более чем 1000 раз, практически не уделяя при этом внимания экзопланетам, окружающим звезду.
Астрономы впервые обнаружили планету вокруг звезды 55 Cancri А в 1997 году. Длительные наблюдения, проводимые Wright и его коллегами позволили обнаружить ещё 4 планеты, масса самой крупной из который в нескольким раз превышает массу Земли, а самой «мелкой» — в 17 раз меньше земной.
Профессор Университета штата Пенсильвания Alexander Wolszczan и его коллега Dale Frail обнаружили первые планеты среди, когда-либо найденных за пределами нашей Солнечной системы. Эти планеты вращаются вокруг отдалённой пульсирующей звезды и изначально назывались «супер-Землями».
Исследование во главе с Nelson является частью более масштабных усилий, которые помогут с анализом будущих наблюдений, направленных на поиск подобных Земле планет. Астрономы Penn State University планируют искать планеты земной массы вокруг других ярких соседних звезд, используя комбинацию данных новых обсерваторий и приборов таких проектов, как MINERVA и Habitable Zone Planet Finder.
По словам Ford, астрономы разрабатывают современную аппаратуру для самых больших в мире телескопов, которые могли бы идентифицировать и характеризовать подобные Земле экзопланеты. Учёный отмечает, что он и его коллеги объединили эти усилия с современными вычислительными и статистическими инструментами.
Nelson представит результаты нового исследования на встрече International Astronomical Union, которая будет проходить в июле 2014 года в Намюре (Бельгия).
