Екзопланети настільки маленькі й розташовані так далеко від нас, що більшість із них відкриті непрямими методами. Нещодавно ми отримали питання від одного з наших читачів щодо цього.
Якщо нам вдалось отримати зображення системи PDS 70, чому ми не можемо отримати зображення дев’ятої планети, планет у системі Центавра (які розташовані на відстані всього 4 світлових років від нас, на відміну від PDS 70, яка перебуває на відстані 320 світлових років) та найближчих до нас чорних дір? Очевидно, що чорні діри самі по собі дуже малі, проте акреційні диски можуть простягатися на величезні відстані.
Степан
Відповідаємо Степану на його запитання.
Чому відкриття екзопланет — ненадійна справа
На сьогодні вчені визнають існування трохи більше, ніж 6 тис. екзопланет, які обертаються навколо інших зір. Ще близько 4000 випадків залишаються у статусі кандидатів. Вже ця статистика наводить на думку, що спостерігати щось, що можна інтерпретувати як ознаку наявності екзопланети та твердо бути впевненим в її існуванні — дві дуже різні речі.
Вся річ у тім, що планети самі по собі дуже маленькі та розташовані далеко від нас. Ті з них, що мають розмір подібний до Землі, взагалі практично неможливо побачити. Великі планети, подібні до Юпітера та Сатурна, перебувають поблизу від межі чутливості сучасних інструментів, якщо відстань до них не перевищує кількох десятків чи сотень світлових років.
Проте й ці тіла ми переважно не бачимо, бо світло їхньої зорі виявляється значно яскравішим. Вони просто губляться у ньому. Тому вчені майже завжди використовують різні непрямі методи. Найчастіше це або транзити, тобто проходження планети між нами й зорею, або доплерівський зсув.
Останнє явище полягає в тому, що коли планета обертається навколо світила, то її гравітація примушує його коливатися. Коли зоря рухається від нас, лінії в її спектрі зміщуються в червоний бік. Коли від нас — у синій.
При цьому треба розуміти, що обидва методи дають достатньо слабо помітні ефекти. Їх можуть викликати й інші фактори, наприклад, великі групи плям на зорі. Тому впевнено сказати, що планета таки існує, можна лише після того, як одні й ті самі явища зафіксують кілька разів за регулярні проміжки часу. І бажано, щоб це зробили різні інструменти.
Повідомлення про те, що якусь планету «закрили», пов’язане саме з цим. У таких випадках дійсно спостерігається потьмяніння зорі чи зсув ліній у спектрі. Однак подальші спостереження показують, що вони збігаються з періодом обертання самої зорі або взагалі зникають із часом. І тоді вчені роблять висновок, що це була не планета, а група плям.
Як робляться зображення планет
І все ж, зображення екзопланет існують. Зазвичай це робиться за допомогою так званих масок. Це достатньо прості пристрої у вигляді спеціальної заслінки, яка блокує те світло, що надходить від зорі. Якщо це зробити, то можна побачити планети, які обертаються навколо неї.
Проте цей спосіб має низку обмежень. Перше — це те, що маска для кожного окремого телескопа і кожної окремої зорі, яка саме на ньому буде спостерігатися, має бути виготовлена окремо. А все тому, що вона має блокувати її світло по максимуму, але при цьому простір навколо світила має залишатися видимим.
Друге — це те, що маску можна застосовувати тільки до зорі, на яку точно наведений телескоп. Це робить цей метод вкрай незручним для первинного пошуку планет. Адже вони легко можуть у певний момент перебувати перед або за зорею. І треба чекати дні та тижні, аби вони з’явилися. Весь цей час телескоп має бути спрямований саме на цю зорю і не займатися більше нічим. А таке для більшості сучасних телескопів — неймовірна розкіш.
Для порівняння, під час застосування непрямих методів можна водночас спостерігати десятки й сотні світил. Знайти таким чином планету значно простіше.
То чому б тоді не шукати екзопланети транзитним та доплерівським методами, а їхні зображення не отримувати прямими спостереженнями? Так намагаються робити. Проблема лише в тому, що отримати кілька надійних повторів під час застосування транзитного та доплерівського методів найлегше, коли період обертання планети вимірюється днями та тижнями, тобто вона перебуває до свого світила ближче, ніж Венера.
А застосування масок ефективне переважно для відстаней від 10 до 100 а.о., тобто тоді, коли орбіта екзопланети має приблизно такий радіус, як у Сатурна чи більше. І мала відстань до системи тут не дуже допомагає. Телескопам потрібний контраст планети з фоном. А його маски на таких коротких відстанях забезпечити не можуть.
У випадку Проксими Центавра є ще й проблема з тим, що планета обертається лише за 7,3 млн км від зорі. Тут просто виготовити маску для того, аби світило повністю заховати, а його планету — важко.
Протопланетні диски
Зоря PDS 70 та інші молоді світила — це взагалі особливий випадок. Бо в цьому разі йдеться про зорі, оточені протопланетним диском. У ньому саме відбувається формування планет, і побачити їх значно легше, ніж навіть газові гіганти на великих відстанях.
Річ у тім, що вони активно притягують до себе пил та газ, внаслідок чого навколо них утворюється хмара, що в багато разів перевищує їхній діаметр. З іншого боку, така планета ефективно «вичищає» речовину на своєму шляху.
Планети у системах, подібних до PDS 70, виглядають не як тьмяні цятки, а як потовщення диска, та рухаються по щілинах у яскравому диску. І в такому вигляді отримати їхнє зображення дійсно нескладно.
Диски навколо чорних дір
Що стосується акреційних дисків навколо чорних дір, то тут треба розрізняти їхній надмасивний підвид, який міститься в центрах галактик, і об’єкти зоряної маси, що розкидані проміж зір. І ті, й інші можуть мати акреційні диски. Проте виникають вони тільки тоді, коли є стабільний притік речовини.
У випадку надмасивних чорних дір він є практично завжди. Тож їхніми зображеннями зараз нікого не здивуєш. В об’єктів зоряної маси акреційні диски теж є, і чималі. Їхній діаметр може сягати кількох астрономічних одиниць.
Тільки ось виникає він лише у тісних подвійних системах. У решті випадків речовині для його утворення просто немає звідки взятися. Тож і фотографувати астрономам немає чого. Щодо подвійних систем, що містять чорну діру, то їх не так багато, як здається. Найближчі з них розташовуються за тисячі світлових років від нас.
На таких відстанях астрономи бачать акреційні диски, а то і струмені, які їх живлять. Проте сказати, пов’язані вони з чорною дірою, нейтронною зорею чи білим карликом, вкрай важко. Усі ці об’єкти на такій відстані непросто розрізнити.
Варто зазначити, що технології отримання космічних зображень удосконалюються буквально у нас на очах. Прогрес іде, і цілком можливо, що й акреційні диски, й екзопланети ми невдовзі побачимо в усій красі.
