Космічна гравітаційна антена LISA знайде планети у подвійних білих карликів

Вчені проаналізували можливості розроблюваного космічного інтерферометра LISA в плані пошуку сигналів екзопланет. Виявилося, що установка зможе виявити масивні тіла на орбітах навколо подвійних білих карликів по всій Галактиці і в Магелланових хмарах. Це дозволить зібрати статистику про популяцію об'єктів, які неможливо зареєструвати іншими запропонованими методами, пишуть автори в журналі.

На поточний момент астрономи виявили близько 4000 кандидатів в екзопланети, тобто обертаються навколо інших зірок планети. Існує кілька способів їх виявлення, основними з яких є транзитний метод, метод променевих швидкостей і мікролінзування.

Перший пов'язаний з періодичними змінами яскравості зірки при проходженні планети по її диску. Другий враховує невеликі коливання швидкості зірки, викликані зверненням планет. Третій дозволяє знайти тіло за короткочасним підвищенням яскравості фонового об'єкта, яке виникає через викривлення траєкторій променів світла при перетині екзопланетою променя зору.

Вбудовані в використовувані методи обмеження звужують область простору параметрів екзопланет, де можлива їх реєстрація. Це справедливо як для просторового розташування тіл у Галактиці, так і для їх властивостей, таких як маса і період обігу.

У роботі під керівництвом Ніколи Таманіні (Nicola Tamanini) з Інституту гравітаційної фізики Товариства Макса Планка в Німеччині вивчена можливість пошуку екзопланет за допомогою космічного гравітаційно-хвильового інтерферометра LISA, який планується запустити в 2034 році. Проект складається з трьох апаратів, що формують за допомогою лазерних променів рівносторонній трикутник. В цілому він аналогічний існуючим наземним установкам LIGO і Virgo, але буде чутливий до хвиль набагато меншої частоти, робочий діапазон складе від 0,1 мільйгерця до 1 герца. Також трикутна форма замість L-подібної дозволяє досліджувати більше параметрів гравітаційних хвиль.

Автори дійшли висновку, що LISA зможе зафіксувати присутність у подвійних системах білих карликів великих планет з масами понад 50 земних (маса Юпітера, наприклад, перевищує 300 земних). Ця популяція планет може виявитися дуже цінною, оскільки більше половини зірок входить в кратні системи, а 95 відсотків в кінці еволюції перетворюються на білі карлики. Таким чином, такий огляд дозволить дізнатися фінальну долю великих планет у вельми поширених зіркових системах.

Тим не менш, для детектування підійдуть тільки тісні подвійні, так як тільки в такому випадку буде виникати помітний сигнал у вигляді гравітаційних хвиль. Спосіб реєстрації в деякому сенсі аналогічний застосовуваному сьогодні методу променевих швидкостей, тільки буде спиратися не на зміщення зірки відносно центру мас, а на зміщення пари зірок щодо загального центру мас системи з зірок і планет. Таким чином, підійдуть тільки планети на широких орбітах, що звертаються навколо пари зірок відразу.

В даний момент відомо майже 100 планетних систем у подвійних зірок, з них приблизно у 20 хоча б одна планета звертається навколо обох зірок. Серед них лише у 6 хоча б одним зірковим компонентом є білий карлик, подвійних білих карликів з планетами поки не виявлено. Очікується, що LISA відкриє 25 тисяч тісних подвійних білих карликів по всьому Чумацькому Шляху та іншим найближчим галактикам.

На даний момент не існує теоретичних заборон знаходженню планет у подвійних білих карликів. Однак майже всі відомі екзопланети знаходяться у одиночних зірок, а про процес формування подібних тіл у кратних системах відомо набагато менше. Планета може сформуватися з протопланетного диска, що оточував відразу обидві зірки, якщо вони ще при формуванні утворили тісну систему. З іншого боку подібні Сонцю зірки перед переходом у стан білого карлика проходять етап розширення до червоного гіганта, коли скидаються значні обсяги газу. Це може як знищити планети або звести їх зі стійких орбіт, так і спровокувати новий етап їх формування.

Нещодавно за допомогою оптичної інтерферометрії астрономам вдалося визначити склад атмосфери екзопланети. Також вчені знайшли «заборонену» екзопланету з «пустелі Нептунів». Про незвичайні екзопланети ми писали в матеріалі «Короткий путівник галактикою».