eso1227ru — Научный релиз

Новый метод исследования атмосфер экзопланет

Тау Волопаса b наконец стала видна в телескоп

27 июня 2012 г.

Остроумная новая методика впервые позволила астрономам детально изучить атмосферу экзопланеты, хоть эта планета и не затмевает диска своей материнской звезды. Международная группа исследователей с помощью Очень Большого Телескопа ESO (VLT) непосредственно зарегистрировала слабое свечение планеты Тау Волопаса b. Ученые исследовали атмосферу планеты и впервые точно измерили ее орбиту и массу, решив таким образом задачу, которую не удавалось решить в течение 15 лет. К удивлению астрономов, оказалось, что атмосфера планеты, по-видимому, становится холоднее с увеличением высоты, хотя ожидалось обратное. Эти результаты будут опубликованы в выпуске журнала Nature («Природа») от 28 июня 2012 г.

Тау Волопаса b [1] была одной из первых экзопланет, открытой еще в 1996 г., и до сих пор остается самой тесной из известных планетных систем. Хотя ее родительская звезда легко видна невооруженным глазом, этого, конечно, нельзя сказать о самой планете. До настоящего времени о ее существовании можно было судить только по ее гравитационному воздействию на материнскую звезду. Тау Волопаса b – гигантский “горячий Юпитер”, обращающийся вокруг своей звезды на очень маленьком расстоянии.

Как большинство экзопланет, эта планета не проходит по диску своей звезды (как недавно Венера проходила по диску Солнца). До последнего времени такие прохождения значили очень много, так как позволяли изучать атмосферы экзопланет: когда планета проходит по звездному диску, свойства ее атмосферы налагают отпечаток на регистрируемый нами свет звезды. Поскольку через атмосферу Тау Волопаса b наблюдать звездное излучение на просвет было нельзя, эта атмосфера и не могла быть изучена.

Но теперь, после 15-летних попыток зарегистрировать слабое свечение, испускаемое «горячими Юпитерами», астрономы наконец-то добились успеха – они получили надежные прямые данные о структуре асмосферы Тау Волопаса b и впервые вывели из этих данных точную массу планеты. Группа использовала инструмент CRIRES [2], смонтированный на Очень Большом Телескопе (VLT) в обсерватории ESO Паранал в Чили. Астрономы сочетали высококачественные инфракрасные наблюдения (на длине волны около 2.3 микрон) [3] с остроумной методикой, которая позволила выделить слабый сигнал от планеты на фоне гораздо более интенсивного излучения материнской звезды [4].

Ведущий автор работы Маттео Броги (Matteo Brogi) из Лейденской обсерватории в Нидерландах объясняет: “Благодаря высокому качеству наблюдений, обеспеченному VLT и приемником CRIRES, нам удалось исследовать спектр системы гораздо более детально, чем это было возможно ранее. Только около 0.01% света, который мы регистрируем, приходит от планеты, а остальное – от звезды, так что это было непросто”.

Большинство планет, вращающихся вокруг других звезд, было открыто по гравитационному воздействию, которое они оказывают на свои материнские звезды. Этот метод дает ограниченную информацию о массе планеты, позволяя установить только ее нижний предел [5]. Новая методика, впервые примененная в данной работе, значительно более результативная. Прямая регистрация излучения планеты позволила астрономам измерить угол наклона планетной орбиты и таким образом найти точное значение ее массы. Регистрируя изменения направления движения планеты в процессе ее орбитального вращения, ученые впервые надежно установили, что Тау Волопаса b имеет угол наклона орбиты 44 градуса и что ее масса в шесть раз больше массы Юпитера.

“Новые надлюдения на VLT решили проблему определения массы Тау Волопаса b – задачу, которую не могли решить 15 лет. Новым методом также возможно исследовать атмосферы экзопланет, которые не проходят по диску своих родительских звезд, и точно определять массы планет, что раньше было невозможно”,-- говорит Игнас Снеллен (Ignas Snellen) из Лейденской обсерватории в Нидерландах, соавтор статьи. Это большой шаг вперед”.

Наряду с регистрацией свечения атмосферы и измерением массы Тау Волопаса b группа проанализировала состав атмосферы и измерила количество содержащейся в ней окиси углерода, а также температуру на различных высотах, сравнивая наблюдательные данные с теоретическими моделями. Неожиданным результатом работы оказалось уменьшение температуры атмосферы с высотой. Это явление полностью противоположно температурной инверсии: росту температуры с высотой, что характерно для других «горячих Юпитеров» [6] [7].

Наблюдения с VLT свидетельствуют, что спектроскопия высокого разрешения, выполняемая с наземными телескопами – мощный инструмент детального анализа атмосфер экзопланет, не проходящих по дискам своих звезд. В будущем обнаружение различных молекул позволит астрономам узнать больше об условиях в атмосферах планет. Проводя эти измерения в разных точках планетной орбиты, ученые, возможно, смогут даже проследить за изменениями в атмосфере планеты в разные моменты планетных суток.

"Наша работа свидетельствует о громадном потенциале современных и будущих наземных телескопов, таких, как E-ELT. Может, мы даже сумеем когда-нибудь найти этим методом доказательства биологической активности на планетах земного типа” – заключает Игнас Снеллен.

Примечания

[1] Название планеты, Тау Волопаса b, соединяет в себе название звезды (Тау Волопаса или τ Bootis, где τ – греческая буква “тау”, а не просто «т» ) и букву “b”, которая обозначает, что это первая планета, найденная у данной звезды. Обозначение Тау Волопаса а принадлежит самой звезде.

[2]  CRyogenic InfraRed Echelle Spectrometer (Криогенный Инфракрасный Эшелле-спектрометр)

[3] На волнах инфракрасного диапазона материнская звезда излучает меньше света, чем в оптике, поэтому выбор такого диапазона длин волн благоприятен для выделения слабого сигнала от планеты на фоне звезды.

[4] Метод основан на использовании скорости орбитального движения планеты вокруг материнской звезды для выделения излучения планеты на фоне звезды и для исключения деталей, привнесенных атмосферой Земли. Та же группа астрономов ранее протестировала этот метод на транзитной (проходящей по диску звезды) планете, измерив ее орбитальную скорость в момент пересечения планетой звездного диска.

[5] Это связано с тем, что обычно наклон орбиты неизвестен. Если орбита планеты наклонена по отношению к лучу зрения между Землей и звездой, то более массивная планета будет производить те же наблюдаемые периодические колебания положения  звезды, что и более легкая планета на менее наклонной орбите; разделить эти два эффекта невозможно.

[6] Как свидетельствуют фотометрические наблюдения «горячих Юпитеров» на Космическом Телескопе Спитцера, температурные инверсии, по-видимому, определяются свойствами молекулярного излучения , а не поглощения. Наиболее хорошо изученный пример тепловой инверсии в экзопланетной атмосфере – планета HD209458b.

[7] Эти наблюдения говорят в пользу модели, в которой тепловая инверсия подавляется сильным ультрафиолетовым излучением, связанным с хромосферной активностью (такой, какую проявляет материнская звезда Тау Волопаса b).

Узнать больше

Исследование представлено в статье "The signature of orbital motion from the dayside of the planet τ Boötis b", которая появится в выпуске журнала Nature от 28 июня 2012 г.

Состав группы: Matteo Brogi (Leiden Observatory, the Netherlands), Ignas A. G. Snellen (Leiden Observatory), Remco J. de Kok (SRON, Utrecht, the Netherlands), Simon Albrecht (Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, USA), Jayne Birkby (Leiden Observatory) and Ernst J. W. de Mooij (Leiden Observatory; University of Toronto, Canada).

В 2012 году исполняется 50 лет со дня основания Европейской Южной Обсерватории (ESO, the European Southern Observatory) -- ведущей межгосударственной астрономической организации Европы и самой продуктивной астрономической обсерватории в мире. В ее работе принимают участие 15 стран: Австрия, Бельгия, Бразилия, Чешская Республика, Дания, Франция, Финляндия, Германия, Италия, Нидерланды, Португалия, Испания, Швеция, Швейцария и Объединенное Королевство. ESO проводит в жизнь масштабную программу проектирования, строительства и эксплуатации мощных наземных наблюдательных инструментов, позволяющих астрономам выполнять важнейшие научные исследования. ESO также играет ведущую роль в организации и поддержке международного сотрудничества в области астрономических исследований. ESO располагает тремя уникальными наблюдательными пунктами мирового класса, находящимися в Чили: Ла Силья, Параналь и Чахнантор. В обсерватории Параналь, самой совершенной в мире астрономической обсерватории для наблюдений в видимой области спектра, установлен Очень Большой Телескоп ESO (The Very Large Telescope, VLT) и два обзорных телескопа: VISTA, который работает в инфракрасных лучах и является крупнейшим в мире телескопом для выполнения обзоров неба, и Обзорный Телескоп VLT, (VLT Survey Telescope) -- крупнейший инструмент, предназначенный исключительно для обзора неба в видимом свете. ESO является европейским партнером в революционном проекте астрономического телескопа ALMA – величайшем астрономическом проекте в истории. В настоящее время ESO планирует строительство E-ELT (European Extremely Large optical/near-infrared Telescope) – Европейского Сверхкрупного Телескопа 40-метрового класса для оптического и ближнего ИК диапазонов, который станет “величайшим в мире оком, устремленным в небо».

Ссылки

Контакты

Kirill Maslennikov
Pulkovo Observatory
St.-Petersburg, Russia
Телефон: +78123637786
Сотовый: +79112122130
Email: km@gao.spb.ru

Ignas Snellen
Leiden Observatory, Leiden University
Leiden, The Netherlands
Телефон: +31 715 275838
Email: snellen@strw.leidenuniv.nl

Matteo Brogi
Leiden Observatory, Leiden University
Leiden, The Neherlands
Телефон: +31 715 278434
Email: brogi@strw.leidenuniv.nl

Jayne Birkby
Leiden Observatory, Leiden University
Leiden, The Netherlands
Телефон: +31 715 275832
Email: birkby@strw.leidenuniv.nl

Richard Hook
ESO, La Silla, Paranal, E-ELT & Survey Telescopes Press Officer
Garching bei München, Germany
Телефон: +49 89 3200 6655
Сотовый: +49 151 1537 3591
Email: rhook@eso.org

Remco de Kok
Space Research Organization Netherlands (SRON)
Utrecht, The Netherlands
Телефон: +31 88 777 5725
Email: R.J.de.Kok@sron.nl

Перевод пресс-релиза ESO eso1227.

О релизе

Релиз №:eso1227ru
Название:Tau Boötis b
Тип:• Milky Way : Star : Circumstellar Material : Planetary System
Facility:Very Large Telescope
Science data:2012Natur.486..502B

Изображения

Экзопланета Тау Волопаса b глазами художника
Экзопланета Тау Волопаса b глазами художника
Материнская звезда знаменитой экзопланеты Тау Волопаса b
Материнская звезда знаменитой экзопланеты Тау Волопаса b
Широкоугольный снимок материнской звезды знаменитой экзопланеты Тау Волопаса b
Широкоугольный снимок материнской звезды знаменитой экзопланеты Тау Волопаса b

Видео

Artist’s impression of the famous exoplanet Tau Boötis b
Artist’s impression of the famous exoplanet Tau Boötis b
только на английском
Zooming in on the star Tau Boötis
Zooming in on the star Tau Boötis
только на английском

Также смотрите наши